JPH07256580A - 複腕協調制御装置 - Google Patents
複腕協調制御装置Info
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- JPH07256580A JPH07256580A JP4960294A JP4960294A JPH07256580A JP H07256580 A JPH07256580 A JP H07256580A JP 4960294 A JP4960294 A JP 4960294A JP 4960294 A JP4960294 A JP 4960294A JP H07256580 A JPH07256580 A JP H07256580A
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- Japan
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- arm
- control
- arms
- control unit
- impedance
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 複腕協調制御装置に関し、対象物を柔軟に把
持すると共に対象物と外界との接触がある場合の作業に
ついても柔軟かつ安全に対処できる複腕協調制御装置の
提供。 【構成】 複数のロボットアームが協調して共通の対象
物を持ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調制御装
置において、対象物１の運動を複数のアーム２1〜２n
の運動に分解することにより対応するアームの各アーム
制御情報を生成する対象物制御部１２である。対象物１
にアーム以外から加わる外力を検出することによりこれ
らに対して対象物１が第１のインピーダンス特性を有す
るように制御情報の修正を行うものと、対象物制御部１
２の出力の各アーム制御情報に従って対応するアームの
アーム駆動情報を生成する複数のアームインピーダンス
制御部１７1 〜１７n であって、アーム駆動情報の修正
を行うものとを備える。
持すると共に対象物と外界との接触がある場合の作業に
ついても柔軟かつ安全に対処できる複腕協調制御装置の
提供。 【構成】 複数のロボットアームが協調して共通の対象
物を持ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調制御装
置において、対象物１の運動を複数のアーム２1〜２n
の運動に分解することにより対応するアームの各アーム
制御情報を生成する対象物制御部１２である。対象物１
にアーム以外から加わる外力を検出することによりこれ
らに対して対象物１が第１のインピーダンス特性を有す
るように制御情報の修正を行うものと、対象物制御部１
２の出力の各アーム制御情報に従って対応するアームの
アーム駆動情報を生成する複数のアームインピーダンス
制御部１７1 〜１７n であって、アーム駆動情報の修正
を行うものとを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複腕協調制御装置に関
し、更に詳しくは複数のロボットアームが協調して共通
の対象物を持ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調
制御装置に関する。今日、ロボットアームに行わせる作
業は多様化しており、複腕協調制御の下で１又は２以上
の共通の対象物を持ち操るような作業を行う場合も少な
くない。そこで、かかる複腕協調作業を柔軟かつ安全に
遂行する複腕協調制御装置の提供が望まれる。
し、更に詳しくは複数のロボットアームが協調して共通
の対象物を持ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調
制御装置に関する。今日、ロボットアームに行わせる作
業は多様化しており、複腕協調制御の下で１又は２以上
の共通の対象物を持ち操るような作業を行う場合も少な
くない。そこで、かかる複腕協調作業を柔軟かつ安全に
遂行する複腕協調制御装置の提供が望まれる。
【０００２】
【従来の技術】この種のロボットシステムは基本的には
作業計画に従う対象物の運動を複数のロボットアームの
運動に分解してこれらの協調制御により対象物の軌道
（位置）を制御する。更に対象物に加わる内力を制御す
ることで対象物をしっかりと把持できる。更にまた対象
物の質量や運動に伴う慣性力等を各アームに最適に分配
することで複腕協調作業を円滑に制御している。
作業計画に従う対象物の運動を複数のロボットアームの
運動に分解してこれらの協調制御により対象物の軌道
（位置）を制御する。更に対象物に加わる内力を制御す
ることで対象物をしっかりと把持できる。更にまた対象
物の質量や運動に伴う慣性力等を各アームに最適に分配
することで複腕協調作業を円滑に制御している。
【０００３】しかし、実際の各アームにはリンク長や組
み立て誤差等によるハード的な誤差及び位置決め制御や
各アームの応答性の不均一等により生じる制御的な誤差
が存在し、このために各アームの先端には位置誤差が発
生する。そして、この位置誤差は対象物に予測し難い過
大な内力を発生する場合があり、このために対象物が損
傷することがある。更には、把持した対象物と外界との
接触がある場合の作業についても柔軟に対応する必要が
ある。
み立て誤差等によるハード的な誤差及び位置決め制御や
各アームの応答性の不均一等により生じる制御的な誤差
が存在し、このために各アームの先端には位置誤差が発
生する。そして、この位置誤差は対象物に予測し難い過
大な内力を発生する場合があり、このために対象物が損
傷することがある。更には、把持した対象物と外界との
接触がある場合の作業についても柔軟に対応する必要が
ある。
【０００４】小菅らは、慣性力や重力に起因する負荷の
分配と対象物に加わる内力とを考慮して各アームの位置
指令値を生成した（計測自動制御学会論文集２７巻１
号）。そして、各アームに対する位置指令値とその応答
に基づいて各アームをインピーダンス制御した。アーム
をインピーダンス制御すれば、アーム先端の位置誤差に
よる過大内力の発生を防止でき、万一対象物が破壊した
時でも、安定した制御を行える。しかし、この方法は、
対象物に加わる外力を考慮していないため、対象物と外
界との接触時の制御に問題があった。
分配と対象物に加わる内力とを考慮して各アームの位置
指令値を生成した（計測自動制御学会論文集２７巻１
号）。そして、各アームに対する位置指令値とその応答
に基づいて各アームをインピーダンス制御した。アーム
をインピーダンス制御すれば、アーム先端の位置誤差に
よる過大内力の発生を防止でき、万一対象物が破壊した
時でも、安定した制御を行える。しかし、この方法は、
対象物に加わる外力を考慮していないため、対象物と外
界との接触時の制御に問題があった。
【０００５】Schneider らは対象物が外界と接触した場
合を考え、対象物に働く外力を検出して対象物のインピ
ーダンス制御を行った（IEEE TRANSACTIONS OF ROBOTIC
S AND AUTOMATION, VOL 8, NO. 3）。そして、慣性力や
重力による負荷の分配と対象物に加わる内力とに加え、
更に外力をも考慮して各アームの力指令値を生成した。
しかし、アームをトルク制御したために、アームの位置
決め精度が犠牲になり、また万一対象物が破壊したとき
に、アームが暴走してしまうという問題点があった。
合を考え、対象物に働く外力を検出して対象物のインピ
ーダンス制御を行った（IEEE TRANSACTIONS OF ROBOTIC
S AND AUTOMATION, VOL 8, NO. 3）。そして、慣性力や
重力による負荷の分配と対象物に加わる内力とに加え、
更に外力をも考慮して各アームの力指令値を生成した。
しかし、アームをトルク制御したために、アームの位置
決め精度が犠牲になり、また万一対象物が破壊したとき
に、アームが暴走してしまうという問題点があった。
【０００６】また、例えば長尺物を２腕で把持し操るよ
うな場合には長尺物の姿勢によってはアームの可動範囲
等の問題により長尺物を握り直す必要が生じる。従来
は、複腕協調制御系を一旦単腕毎の制御系に切り替える
ことにより、対象物を保持するアームと対象物を握り直
すアームとを夫々互いに協調性のない単腕制御系で個別
に駆動していた。このため、握り直しの際の動作が不安
定となる問題があった。
うな場合には長尺物の姿勢によってはアームの可動範囲
等の問題により長尺物を握り直す必要が生じる。従来
は、複腕協調制御系を一旦単腕毎の制御系に切り替える
ことにより、対象物を保持するアームと対象物を握り直
すアームとを夫々互いに協調性のない単腕制御系で個別
に駆動していた。このため、握り直しの際の動作が不安
定となる問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来にお
いては、対象物を柔軟に把持し、かつ対象物と外界との
接触がある場合の作業についても柔軟かつ安全に対処で
きるような複腕協調制御装置は無かった。本発明の目的
は、対象物を柔軟に把持すると共に対象物と外界との接
触がある場合の作業についても柔軟かつ安全に対処でき
る複腕協調制御装置を提供することにある。
いては、対象物を柔軟に把持し、かつ対象物と外界との
接触がある場合の作業についても柔軟かつ安全に対処で
きるような複腕協調制御装置は無かった。本発明の目的
は、対象物を柔軟に把持すると共に対象物と外界との接
触がある場合の作業についても柔軟かつ安全に対処でき
る複腕協調制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題は図１の構成
により解決される。即ち、本発明の複腕協調制御装置
は、複数のロボットアームが協調して共通の対象物を持
ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調制御装置にお
いて、対象物１の運動を複数のアーム２1 〜２nの運動
に分解することにより対応するアームの各アーム制御情
報を生成する対象物制御部１２であって、前記対象物１
にアーム以外から加わる外力，外モーメントを検出する
ことによりこれらに対して該対象物１が第１のインピー
ダンス特性を有するように制御情報の修正を行うもの
と、対象物制御部１２の出力の各アーム制御情報に従っ
て対応するアームのアーム駆動情報を生成する複数のア
ームインピーダンス制御部１７1 〜１７n であって、対
応するアーム２の運動により対象物１に生ずる内力，内
モーメントを検出することによりこれらに対して前記ア
ーム２が第２のインピーダンス特性を有するように前記
アーム駆動情報の修正を行うもの、とを備えるものであ
る。
により解決される。即ち、本発明の複腕協調制御装置
は、複数のロボットアームが協調して共通の対象物を持
ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調制御装置にお
いて、対象物１の運動を複数のアーム２1 〜２nの運動
に分解することにより対応するアームの各アーム制御情
報を生成する対象物制御部１２であって、前記対象物１
にアーム以外から加わる外力，外モーメントを検出する
ことによりこれらに対して該対象物１が第１のインピー
ダンス特性を有するように制御情報の修正を行うもの
と、対象物制御部１２の出力の各アーム制御情報に従っ
て対応するアームのアーム駆動情報を生成する複数のア
ームインピーダンス制御部１７1 〜１７n であって、対
応するアーム２の運動により対象物１に生ずる内力，内
モーメントを検出することによりこれらに対して前記ア
ーム２が第２のインピーダンス特性を有するように前記
アーム駆動情報の修正を行うもの、とを備えるものであ
る。
【０００９】
【作用】図において、対象物制御部１２は対象物１の運
動を複数のアーム２1 〜２n の運動に分解することによ
り対応するアームの各アーム制御情報Ｃ1 〜Ｃn を生成
すると共に、対象物１にアーム以外から加わる外力Ｆ
ext ，外モーメントτextを検出することによりこれら
に対して該対象物１が第１のインピーダンス特性を有す
るように制御情報の修正を行う。そして、各アームイン
ピーダンス制御部１７1 〜１７n は対象物制御部１２の
出力の各アーム制御情報Ｃ1 〜Ｃn に従って対応するア
ームの各アーム駆動情報Ｑ1 〜Ｑn を生成すると共に、
対応するアーム２i の運動により対象物１に生ずる内力
ｆi ，内モーメントｍi を検出することによりこれらに
対して前記アーム２i が第２のインピーダンス特性を有
するように前記アーム駆動情報Ｑi の修正を行う。
動を複数のアーム２1 〜２n の運動に分解することによ
り対応するアームの各アーム制御情報Ｃ1 〜Ｃn を生成
すると共に、対象物１にアーム以外から加わる外力Ｆ
ext ，外モーメントτextを検出することによりこれら
に対して該対象物１が第１のインピーダンス特性を有す
るように制御情報の修正を行う。そして、各アームイン
ピーダンス制御部１７1 〜１７n は対象物制御部１２の
出力の各アーム制御情報Ｃ1 〜Ｃn に従って対応するア
ームの各アーム駆動情報Ｑ1 〜Ｑn を生成すると共に、
対応するアーム２i の運動により対象物１に生ずる内力
ｆi ，内モーメントｍi を検出することによりこれらに
対して前記アーム２i が第２のインピーダンス特性を有
するように前記アーム駆動情報Ｑi の修正を行う。
【００１０】本発明によれば、各アーム２1 〜２n は各
アームインピーダンス制御部１７1〜１７n によって夫
々にインピーダンス制御されるので各アーム２1 〜２n
の先端に位置誤差が生じても対象物１に加わる過大内力
ｆi ，過大内モーメントｍiの発生を有効に防止でき
る。また同時に対象物１は対象物制御部１２によってイ
ンピーダンス制御されるので対象物１が外界と接触した
ような場合でも柔軟かつ安全に対処できる。
アームインピーダンス制御部１７1〜１７n によって夫
々にインピーダンス制御されるので各アーム２1 〜２n
の先端に位置誤差が生じても対象物１に加わる過大内力
ｆi ，過大内モーメントｍiの発生を有効に防止でき
る。また同時に対象物１は対象物制御部１２によってイ
ンピーダンス制御されるので対象物１が外界と接触した
ような場合でも柔軟かつ安全に対処できる。
【００１１】ところで、一般に共通の制御対象に対して
２以上の帰還制御ループを構成するときは、各ループの
制御値が他の帰還制御ループに影響を与えることになる
結果、振動が起きやすく、全体の制御が不安定となる。
そこで、好ましくは、対象物制御部１２に関する第１の
帰還制御ループとアームインピーダンス制御部１７1〜
１７n に関する各第２の帰還制御ループとの間で帰還す
る信号を異ならしめている。従って、全体の制御が安定
化する。
２以上の帰還制御ループを構成するときは、各ループの
制御値が他の帰還制御ループに影響を与えることになる
結果、振動が起きやすく、全体の制御が不安定となる。
そこで、好ましくは、対象物制御部１２に関する第１の
帰還制御ループとアームインピーダンス制御部１７1〜
１７n に関する各第２の帰還制御ループとの間で帰還す
る信号を異ならしめている。従って、全体の制御が安定
化する。
【００１２】また好ましくは、対象物制御部１２は、検
出した外力Ｆext ，外モーメントτ ext に対して所定の
オフセット量を加えることにより該検出した外力
Ｆext ，外モーメントτext に対して対象物１が第１の
インピーダンス特性を陽に有するように制御情報の修正
を行う。従って、対象物１を他の物体に所望の力で押し
つけながら、かつ柔軟に作業を進めることが可能にな
る。
出した外力Ｆext ，外モーメントτ ext に対して所定の
オフセット量を加えることにより該検出した外力
Ｆext ，外モーメントτext に対して対象物１が第１の
インピーダンス特性を陽に有するように制御情報の修正
を行う。従って、対象物１を他の物体に所望の力で押し
つけながら、かつ柔軟に作業を進めることが可能にな
る。
【００１３】また好ましくは、１又は２以上のアーム２
に対する負荷配分を一時的にゼロと成すと共に、残りの
アーム２で対象物１の協調把持を分担し、かつこの区間
に前記１又は２以上のアーム２で対象物１の握り直しを
行うように複腕協調制御を行う。従って、複腕協調制御
の延長上で対象物１の握り直し等を円滑かつ安定に行え
る。
に対する負荷配分を一時的にゼロと成すと共に、残りの
アーム２で対象物１の協調把持を分担し、かつこの区間
に前記１又は２以上のアーム２で対象物１の握り直しを
行うように複腕協調制御を行う。従って、複腕協調制御
の延長上で対象物１の握り直し等を円滑かつ安定に行え
る。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面に従って本発明による実施例
を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一
又は相当部分を示すものとする。図２は実施例の複腕協
調制御システムの構成を示す図で、図において１は剛体
よりなる対象物、記号（＋）は対象物の重心、２1 〜２
n はｎ本のロボットアーム（但し、図には２本分を示
す）、３1 〜３n は各ロボットアームの関節アクチュエ
ータ（但し、任意のｍ自由度のものを一つで表してい
る）、４1 〜４n は角度センサ、５1 〜５n は各ロボッ
トアームの手先に取り付けたハンド、６1 〜６ n は同じ
く手先に取り付けた力・トルクセンサ、１０は実施例の
複腕協調制御装置、１１は対象物の軌道計画等を行うプ
ラナ、１２は対象物の軌道制御等を担う対象物制御部、
１３は外力検出部、１４は対象物のインピーダンス制御
を行う対象物インピーダンス制御部、１５は対象物のア
ーム加速度指令値を生成するアーム位置指令値生成部、
１６は対象物のアーム力指令値を生成するアーム力指令
値生成部、１７1 〜１７n は各アーム２1 〜２n のイン
ピーダンス制御を夫々に行うアームインピーダンス制御
部である。
を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一
又は相当部分を示すものとする。図２は実施例の複腕協
調制御システムの構成を示す図で、図において１は剛体
よりなる対象物、記号（＋）は対象物の重心、２1 〜２
n はｎ本のロボットアーム（但し、図には２本分を示
す）、３1 〜３n は各ロボットアームの関節アクチュエ
ータ（但し、任意のｍ自由度のものを一つで表してい
る）、４1 〜４n は角度センサ、５1 〜５n は各ロボッ
トアームの手先に取り付けたハンド、６1 〜６ n は同じ
く手先に取り付けた力・トルクセンサ、１０は実施例の
複腕協調制御装置、１１は対象物の軌道計画等を行うプ
ラナ、１２は対象物の軌道制御等を担う対象物制御部、
１３は外力検出部、１４は対象物のインピーダンス制御
を行う対象物インピーダンス制御部、１５は対象物のア
ーム加速度指令値を生成するアーム位置指令値生成部、
１６は対象物のアーム力指令値を生成するアーム力指令
値生成部、１７1 〜１７n は各アーム２1 〜２n のイン
ピーダンス制御を夫々に行うアームインピーダンス制御
部である。
【００１５】なお、上記の各機能部はベクトル演算に適
したハードウエア及び又はＣＰＵ等の構成により実現さ
れている。かかる構成により、各アーム２1 〜２n によ
って対象物１を協調的に把持し、かつ各アーム２1 〜２
n を複腕協調制御することにより対象物１に所望の軌道
運動を行わせる場合の各部の動作を以下に詳細に説明す
る。
したハードウエア及び又はＣＰＵ等の構成により実現さ
れている。かかる構成により、各アーム２1 〜２n によ
って対象物１を協調的に把持し、かつ各アーム２1 〜２
n を複腕協調制御することにより対象物１に所望の軌道
運動を行わせる場合の各部の動作を以下に詳細に説明す
る。
【００１６】ニュートンによれば対象物の持つ運動量の
時間変化率は対象物に作用した力に比例する。またオイ
ラーによれば対象物の持つ角運動量の時間変化率は対象
物に作用したモーメントに比例する。以上を運動方程式
で示すと（１）式となる。
時間変化率は対象物に作用した力に比例する。またオイ
ラーによれば対象物の持つ角運動量の時間変化率は対象
物に作用したモーメントに比例する。以上を運動方程式
で示すと（１）式となる。
【００１７】
【数１】
【００１８】ここで、 Ｘ0 ：重心の位置｛但し、位置Ｙ0 （ｘ，ｙ，ｚ）と姿
勢Ｒ0 （Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）より成る｝ ω0 ：重心の回転角速度 Ｍ0 ，Ｉ0 ：重心の質量，重心におけるイナーシャ（慣
性行列） ｇ：重力の加速度 Ｆext ，τext ：アーム以外から重心に加わる外力，外
モーメント Ｐi ：重心から見たｉ番目のアームの把持位置 ｆi ，ｍi ：ｉ番目のアームから対象物が受ける内力，
内モーメント である。 ＜外力検出部１３＞上記（１）式を変形すると、アーム
２以外から対象物１に働く外力Ｆext ，外モーメントτ
ext についての（２）式が得られる。
勢Ｒ0 （Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）より成る｝ ω0 ：重心の回転角速度 Ｍ0 ，Ｉ0 ：重心の質量，重心におけるイナーシャ（慣
性行列） ｇ：重力の加速度 Ｆext ，τext ：アーム以外から重心に加わる外力，外
モーメント Ｐi ：重心から見たｉ番目のアームの把持位置 ｆi ，ｍi ：ｉ番目のアームから対象物が受ける内力，
内モーメント である。 ＜外力検出部１３＞上記（１）式を変形すると、アーム
２以外から対象物１に働く外力Ｆext ，外モーメントτ
ext についての（２）式が得られる。
【００１９】
【数２】
【００２０】外力検出部１３は（２）式に従って対象物
１に働く外力Ｆext ，外モーメントτext を求める。こ
こで、対象物１の慣性パラメータＭ0 ，Ｉ0 及び重心か
ら見たｉ番目のアームの把持位置Ｐi はプラナ１１によ
り与えられる。また重心の位置Ｙ0 及び回転角速度ω0
は角度センサ４1 〜４n の出力θ1 〜θn から夫々に割
り出す。またｉ番目のアームから対象物１が受ける内力
ｆi ，内モーメントｍ i は力・トルクセンサ６1 〜６n
から夫々に得られる。 ＜対象物インピーダンス制御部１４＞対象物１がその軌
道運動中に他の物体と接触しなければ、外力Ｆext ＝
０，外モーメントτext ＝０である。この場合の現時点
の重心の位置Ｘo （即ち、位置ＹO ，姿勢ＲO ）はプラ
ナ１１から与えられる現時点の目標位置ＸOref（即ち、
目標位置ＹOref ，目標姿勢ＲOref）と等しい。速度、
加速度等についても同様である。
１に働く外力Ｆext ，外モーメントτext を求める。こ
こで、対象物１の慣性パラメータＭ0 ，Ｉ0 及び重心か
ら見たｉ番目のアームの把持位置Ｐi はプラナ１１によ
り与えられる。また重心の位置Ｙ0 及び回転角速度ω0
は角度センサ４1 〜４n の出力θ1 〜θn から夫々に割
り出す。またｉ番目のアームから対象物１が受ける内力
ｆi ，内モーメントｍ i は力・トルクセンサ６1 〜６n
から夫々に得られる。 ＜対象物インピーダンス制御部１４＞対象物１がその軌
道運動中に他の物体と接触しなければ、外力Ｆext ＝
０，外モーメントτext ＝０である。この場合の現時点
の重心の位置Ｘo （即ち、位置ＹO ，姿勢ＲO ）はプラ
ナ１１から与えられる現時点の目標位置ＸOref（即ち、
目標位置ＹOref ，目標姿勢ＲOref）と等しい。速度、
加速度等についても同様である。
【００２１】しかし、対象物１がその軌道運動中に他の
物体と接触すると、その重心には外力Ｆext ，外モーメ
ントτext が加わり、このために対象物１の現時点の重
心位置Ｘo はその目標位置ＸOrefから外れてしまう。か
かる場合でも、もし対象物１をインピーダンス制御すれ
ば、対象物１を損傷から守り、かつ各アーム２1 〜２ n
が受けるショックを緩和できる。そこで、対象物インピ
ーダンス制御部１４は、この場合における対象物１の望
ましいインピーダンス特性をＭd （マス），Ｄ d （ダン
パ），Ｋd （バネ）とすると、（３）式に示すような加
速度指令値，角加速度指令値を生成し、出力する。
物体と接触すると、その重心には外力Ｆext ，外モーメ
ントτext が加わり、このために対象物１の現時点の重
心位置Ｘo はその目標位置ＸOrefから外れてしまう。か
かる場合でも、もし対象物１をインピーダンス制御すれ
ば、対象物１を損傷から守り、かつ各アーム２1 〜２ n
が受けるショックを緩和できる。そこで、対象物インピ
ーダンス制御部１４は、この場合における対象物１の望
ましいインピーダンス特性をＭd （マス），Ｄ d （ダン
パ），Ｋd （バネ）とすると、（３）式に示すような加
速度指令値，角加速度指令値を生成し、出力する。
【００２２】
【数３】
【００２３】ここで、対象物１の望ましいインピーダン
ス特性Ｍd ，Ｄd ，Ｋd はプラナ１１より実時間で又は
予め与えられる。また、（３）式における現時点の位置
Ｙoc mdp は対象物インピーダンス制御部１４による１サ
ンプル前の加速度指令値を積分して形成したものであ
り、これにより後述のアームインピーダンス制御部１７
1 〜１７n で使用する現時点の位置Ｙai（角度センサ４
i の実測値に基づく）とは帰還する信号の発生源を異な
らしめている。（３）式における現時点の姿勢Ｒ ocmdp
についても同様である。従って、対象物制御部１２に関
する第１の帰還制御ループとアームインピーダンス制御
部１７1 〜１７n に関する各第２の帰還制御ループとの
間で帰還する信号が異なり、もって本システム全体のフ
ィードバック制御は格段に安定化する。 ＜アーム位置指令値生成部１５＞対象物１に対する上記
修正された加速度指令値，角加速度指令値とｉ番目のア
ーム２i に対する加速度指令値，角加速度指令値との間
の関係は（４）式で表される。
ス特性Ｍd ，Ｄd ，Ｋd はプラナ１１より実時間で又は
予め与えられる。また、（３）式における現時点の位置
Ｙoc mdp は対象物インピーダンス制御部１４による１サ
ンプル前の加速度指令値を積分して形成したものであ
り、これにより後述のアームインピーダンス制御部１７
1 〜１７n で使用する現時点の位置Ｙai（角度センサ４
i の実測値に基づく）とは帰還する信号の発生源を異な
らしめている。（３）式における現時点の姿勢Ｒ ocmdp
についても同様である。従って、対象物制御部１２に関
する第１の帰還制御ループとアームインピーダンス制御
部１７1 〜１７n に関する各第２の帰還制御ループとの
間で帰還する信号が異なり、もって本システム全体のフ
ィードバック制御は格段に安定化する。 ＜アーム位置指令値生成部１５＞対象物１に対する上記
修正された加速度指令値，角加速度指令値とｉ番目のア
ーム２i に対する加速度指令値，角加速度指令値との間
の関係は（４）式で表される。
【００２４】
【数４】
【００２５】アーム位置指令値生成部１５は（４）式に
従って各アーム２1 〜２n に対する手先加速度指令値，
手先角加速度指令値を生成する。 ＜アーム力指令値生成部１６＞上記（１）式を変形し、
かつ対象物１が（３）式の指令通りに作動した時に対象
物１がｉ番目のアーム２i から受けるべき内力ｆicmd，
内モーメントｍicmdを求めると（５）式になる。
従って各アーム２1 〜２n に対する手先加速度指令値，
手先角加速度指令値を生成する。 ＜アーム力指令値生成部１６＞上記（１）式を変形し、
かつ対象物１が（３）式の指令通りに作動した時に対象
物１がｉ番目のアーム２i から受けるべき内力ｆicmd，
内モーメントｍicmdを求めると（５）式になる。
【００２６】
【数５】
【００２７】ここで、Ｒfi，Ｒmiは負荷をｉ番目のアー
ム２i にどの程度分配するかを決める分配係数である。
Ｒfi，Ｒmiはプラナ１１によって（６）式のように指定
され、各アーム２1 〜２n の合計はＩ（単位行列）にな
る。
ム２i にどの程度分配するかを決める分配係数である。
Ｒfi，Ｒmiはプラナ１１によって（６）式のように指定
され、各アーム２1 〜２n の合計はＩ（単位行列）にな
る。
【００２８】
【数６】
【００２９】またＦiint，τiintは対象物１の慣性力や
重力等に起因する負荷分配の項に加えてｉ番目のアーム
２i が対象物１に対して陽に発生させるべき望ましい内
力，内モーメントの項を夫々表しており、これらもプラ
ナ１１によって与えられる。この場合に、各アーム２1
〜２n に加えるＦiintの合計はゼロ、かつτiintの合計
もゼロである。アーム力指令値生成部１６は、負荷と外
力の分配及び望ましい内力Ｆiint，内モーメントτiint
の発生を考慮した上記（５）式に従って各アーム２1 〜
２n のアーム力指令値ｆicmd，ｍicmdを生成する。
重力等に起因する負荷分配の項に加えてｉ番目のアーム
２i が対象物１に対して陽に発生させるべき望ましい内
力，内モーメントの項を夫々表しており、これらもプラ
ナ１１によって与えられる。この場合に、各アーム２1
〜２n に加えるＦiintの合計はゼロ、かつτiintの合計
もゼロである。アーム力指令値生成部１６は、負荷と外
力の分配及び望ましい内力Ｆiint，内モーメントτiint
の発生を考慮した上記（５）式に従って各アーム２1 〜
２n のアーム力指令値ｆicmd，ｍicmdを生成する。
【００３０】かくして、対象物制御部１２は、対象物の
目標位置Ｘoref、対象物の慣性パラメータＭo ，Ｉo 、
対象物の目標インピーダンス特性Ｍd ，Ｄd ，Ｋd 、ア
ームの把持位置Ｐi 、各アーム２から受ける力ｆi ，ｍ
i 、負荷分配係数Ｒfi，Ｒmi、及び内力指令値Ｆiint，
τiint等に基づいて各アーム２1 〜２n の加速度指令値
と力指令値とを生成する。そして、各アーム２1 〜２n
はこの２つの指令値に従い、次に述べるアームインピー
ダンス制御部１７1 〜１７n により夫々にアームインピ
ーダンス制御される。 ＜アームインピーダンス制御部１７＞各アームインピー
ダンス制御部１７i は対象物制御部１２よりｉ番目のア
ーム２i に対して出力された加速度指令，角値加速度指
令値を、力指令値，トルク力指令値に従って（７）式に
より修正を行う。
目標位置Ｘoref、対象物の慣性パラメータＭo ，Ｉo 、
対象物の目標インピーダンス特性Ｍd ，Ｄd ，Ｋd 、ア
ームの把持位置Ｐi 、各アーム２から受ける力ｆi ，ｍ
i 、負荷分配係数Ｒfi，Ｒmi、及び内力指令値Ｆiint，
τiint等に基づいて各アーム２1 〜２n の加速度指令値
と力指令値とを生成する。そして、各アーム２1 〜２n
はこの２つの指令値に従い、次に述べるアームインピー
ダンス制御部１７1 〜１７n により夫々にアームインピ
ーダンス制御される。 ＜アームインピーダンス制御部１７＞各アームインピー
ダンス制御部１７i は対象物制御部１２よりｉ番目のア
ーム２i に対して出力された加速度指令，角値加速度指
令値を、力指令値，トルク力指令値に従って（７）式に
より修正を行う。
【００３１】
【数７】
【００３２】ここで、Ｍid，Ｄid，Ｋidはｉ番目のアー
ム２i に与えられる望ましいアームインピーダンス特性
であり、プラナ１１より実時間で又は予め与えられる。
本来、アーム２i や対象物１の位置誤差が共にゼロの場
合は加えた力指令値ｆ icmdと検出した力ｆi とは一致し
ており、アームインピーダンス制御は働かないはずであ
る。しかし、実際には位置誤差が存在する。しかるに、
かかる場合でもアーム２i は位置指令と力指令とが釣り
合う点に収束するので、アーム２i （ひいては対象物
１）に過大な内力が働くことが有効に防止される。ま
た、万一対象物１が破壊した場合、力指令が増大する恐
れがあるが、インピーダンス制御によって吸収されるの
で、安全である。このようにＭid，Ｄid，Ｋidは破壊防
止の役割を果たすので、Ｍd ，Ｄd ，Ｋd よりも剛性の
高い特性にする必要がある。
ム２i に与えられる望ましいアームインピーダンス特性
であり、プラナ１１より実時間で又は予め与えられる。
本来、アーム２i や対象物１の位置誤差が共にゼロの場
合は加えた力指令値ｆ icmdと検出した力ｆi とは一致し
ており、アームインピーダンス制御は働かないはずであ
る。しかし、実際には位置誤差が存在する。しかるに、
かかる場合でもアーム２i は位置指令と力指令とが釣り
合う点に収束するので、アーム２i （ひいては対象物
１）に過大な内力が働くことが有効に防止される。ま
た、万一対象物１が破壊した場合、力指令が増大する恐
れがあるが、インピーダンス制御によって吸収されるの
で、安全である。このようにＭid，Ｄid，Ｋidは破壊防
止の役割を果たすので、Ｍd ，Ｄd ，Ｋd よりも剛性の
高い特性にする必要がある。
【００３３】更に、各アーム２1 〜２n の関節は角加速
度制御されているので、（７）式の修正加速度指令値，
修正角加速度指令値を（８）式により関節角加速度指令
値に変換して各アクチュエータ３1 〜３n に加える。
度制御されているので、（７）式の修正加速度指令値，
修正角加速度指令値を（８）式により関節角加速度指令
値に変換して各アクチュエータ３1 〜３n に加える。
【００３４】
【数８】
【００３５】ここで、Ｊi ，θi はｉ番目のアーム２i
のヤコビアン，関節角である。ところで、上記実施例で
は対象物１が外界に接触した時のインピーダンス特性を
制御できるが、接触力を陽には制御できない。すると、
例えば複腕で対象物１を持ち、かつ壁等に一定の力で押
し付けながら対象物１を移動させるような作業ができな
い。そこで、上記対象物インピーダンス制御部１４の
（３）式に外力指令値Ｆextref，τextrefを設定するこ
とにより、外力を陽に制御できるようにする。これを
（９）式に示す。
のヤコビアン，関節角である。ところで、上記実施例で
は対象物１が外界に接触した時のインピーダンス特性を
制御できるが、接触力を陽には制御できない。すると、
例えば複腕で対象物１を持ち、かつ壁等に一定の力で押
し付けながら対象物１を移動させるような作業ができな
い。そこで、上記対象物インピーダンス制御部１４の
（３）式に外力指令値Ｆextref，τextrefを設定するこ
とにより、外力を陽に制御できるようにする。これを
（９）式に示す。
【００３６】
【数９】
【００３７】そして、（３）式の代わりに（９）式を用
いて対象物加速度指令値を生成すると、結果的に対象物
制御部１４は対象物１に外力Ｆextref，外モーメントτ
extr efが発生するように各アーム２1 〜２n に指令値を
送ることになる。図３は実施例の複腕協調制御システム
の応用例を示す図で、図において１は長尺物の対象物、
２1 ，２2 は不図示の実施例の複腕協調制御装置１０に
より協調制御されるアームである。
いて対象物加速度指令値を生成すると、結果的に対象物
制御部１４は対象物１に外力Ｆextref，外モーメントτ
extr efが発生するように各アーム２1 〜２n に指令値を
送ることになる。図３は実施例の複腕協調制御システム
の応用例を示す図で、図において１は長尺物の対象物、
２1 ，２2 は不図示の実施例の複腕協調制御装置１０に
より協調制御されるアームである。
【００３８】この例では図３の（Ａ）に示す如く水平に
把持した対象物１をアーム２1 を支点としてアーム２2
により矢印ａ方向に回転させることで図３の（Ｂ）のよ
うに姿勢を垂直する。その後も複雑な作業を行う場合に
は、アーム２1 を矢印ｂ方向に移動させて対象物１を図
３の（Ｃ）に示す如く握り直した方が良い。この場合の
制御を次に説明する。
把持した対象物１をアーム２1 を支点としてアーム２2
により矢印ａ方向に回転させることで図３の（Ｂ）のよ
うに姿勢を垂直する。その後も複雑な作業を行う場合に
は、アーム２1 を矢印ｂ方向に移動させて対象物１を図
３の（Ｃ）に示す如く握り直した方が良い。この場合の
制御を次に説明する。
【００３９】図４は実施例の複腕協調制御のフローチャ
ートである。図３の（Ａ）から図３の（Ｂ）への対象物
１の回転は上記に従って２腕協調制御を行う。そして、
図３の（Ｃ）の如く握り直しを行う際には図４の処理に
入力する。ステップＳ１ではアーム２1 に対する（５）
式のＦ1int，τ1intを共にゼロにする。これによりアー
ム２1 から対象物１に陽に加えられる内力，内モーメン
トは共にゼロになる。ステップＳ２ではアーム２1 に対
する（５）式のＲf1，Ｒm1を共にゼロ行列にする。これ
によりアーム２1 は負荷を全く負担しなくなる。なお、
必要なら上記ステップＳ２，Ｓ３におけるアーム２2 は
単腕でも対象物１をその位置、姿勢で保持できるように
全負荷を分担される。
ートである。図３の（Ａ）から図３の（Ｂ）への対象物
１の回転は上記に従って２腕協調制御を行う。そして、
図３の（Ｃ）の如く握り直しを行う際には図４の処理に
入力する。ステップＳ１ではアーム２1 に対する（５）
式のＦ1int，τ1intを共にゼロにする。これによりアー
ム２1 から対象物１に陽に加えられる内力，内モーメン
トは共にゼロになる。ステップＳ２ではアーム２1 に対
する（５）式のＲf1，Ｒm1を共にゼロ行列にする。これ
によりアーム２1 は負荷を全く負担しなくなる。なお、
必要なら上記ステップＳ２，Ｓ３におけるアーム２2 は
単腕でも対象物１をその位置、姿勢で保持できるように
全負荷を分担される。
【００４０】ステップＳ３ではアーム２1 のハンド５1
を開く。ステップＳ４ではプラナ１１がアーム２1 の把
持位置Ｐ1 を変更し、アーム２1 を新しい把持位置Ｐ1
に移動させる。ステップＳ５ではアーム２1 のハンド５
1 を閉じる。ステップＳ６ではアーム２1 に対する
（５）式のＲf1，Ｒm1を共に元の値に戻す。これにより
アーム２1 は負荷を元通りに負担する。ステップＳ７で
はアーム２1 に対する（５）式のＦ1int，τ1intを共に
元に戻す。これによりアーム２1 から対象物１に陽に加
えられる内力，内モーメントが元通りに発生する。この
場合も、必要なら上記ステップＳ６，Ｓ７におけるアー
ム２2 は複腕協調作業を分担するように戻される。
を開く。ステップＳ４ではプラナ１１がアーム２1 の把
持位置Ｐ1 を変更し、アーム２1 を新しい把持位置Ｐ1
に移動させる。ステップＳ５ではアーム２1 のハンド５
1 を閉じる。ステップＳ６ではアーム２1 に対する
（５）式のＲf1，Ｒm1を共に元の値に戻す。これにより
アーム２1 は負荷を元通りに負担する。ステップＳ７で
はアーム２1 に対する（５）式のＦ1int，τ1intを共に
元に戻す。これによりアーム２1 から対象物１に陽に加
えられる内力，内モーメントが元通りに発生する。この
場合も、必要なら上記ステップＳ６，Ｓ７におけるアー
ム２2 は複腕協調作業を分担するように戻される。
【００４１】なお、上記実施例では複腕で一つの対象物
を把持したが、２以上の共通の対象物を複腕で相互に押
しつけながら把持しても良い。また、上記実施例では複
腕協調制御を述べたが、負荷分担を単腕に集中させるこ
とで単腕の作業にもそのまま本発明の複腕協調制御装置
を使用できる。また、上記実施例では対象物１にアーム
以外から加わる外力Ｆext 及び外モーメントτext を検
出し、かつ各アーム２i の運動により対象物１に生ずる
内力ｆ i 及び内モーメントｍi を検出することにより夫
々に第１及び第２のインピーダンス制御を行ったが、例
えば外力Ｆext は発生するが外モーメントτext は発生
しないような作業環境も考えられ、またこの逆も考えら
れる。従って、本発明における「対象物１にアーム以外
から加わる外力，外モーメントを検出する」の記載は
「対象物１にアーム以外から加わる外力及び又は外モー
メントを検出する」と解釈されるべきである。同様にし
て「対応するアーム２の運動により対象物１に生ずる内
力，内モーメンを検出する」の記載も「対応するアーム
２の運動により対象物１に生ずる内力及び又は内モーメ
ンを検出する」と解釈されるべきである。
を把持したが、２以上の共通の対象物を複腕で相互に押
しつけながら把持しても良い。また、上記実施例では複
腕協調制御を述べたが、負荷分担を単腕に集中させるこ
とで単腕の作業にもそのまま本発明の複腕協調制御装置
を使用できる。また、上記実施例では対象物１にアーム
以外から加わる外力Ｆext 及び外モーメントτext を検
出し、かつ各アーム２i の運動により対象物１に生ずる
内力ｆ i 及び内モーメントｍi を検出することにより夫
々に第１及び第２のインピーダンス制御を行ったが、例
えば外力Ｆext は発生するが外モーメントτext は発生
しないような作業環境も考えられ、またこの逆も考えら
れる。従って、本発明における「対象物１にアーム以外
から加わる外力，外モーメントを検出する」の記載は
「対象物１にアーム以外から加わる外力及び又は外モー
メントを検出する」と解釈されるべきである。同様にし
て「対応するアーム２の運動により対象物１に生ずる内
力，内モーメンを検出する」の記載も「対応するアーム
２の運動により対象物１に生ずる内力及び又は内モーメ
ンを検出する」と解釈されるべきである。
【００４２】また、上記本発明に好適なる実施例を述べ
たが、本発明思想を逸脱しない範囲内で、構成及び制御
の様々な変更が行えることは言うまでも無い。
たが、本発明思想を逸脱しない範囲内で、構成及び制御
の様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００４３】
【発明の効果】以上述べた如く本発明の複腕協調制御装
置は、上記構成であるので、対象物を柔軟に把持すると
共に対象物と外界との接触がある場合の作業についても
柔軟かつ安全に対処でき、もって複腕で行うあらゆる作
業に対応できる。
置は、上記構成であるので、対象物を柔軟に把持すると
共に対象物と外界との接触がある場合の作業についても
柔軟かつ安全に対処でき、もって複腕で行うあらゆる作
業に対応できる。
【図１】図１は本発明の原理的構成図である。
【図２】図２は実施例の複腕協調制御システムの構成を
示す図である。
示す図である。
【図３】図３は実施例の複腕協調制御システムの応用例
を示す図である。
を示す図である。
【図４】図４は実施例の複腕協調制御のフローチャート
である。
である。
１ 対象物 ２1 〜２n アーム １０ 複腕協調制御装置 １２ 対象物制御部 １７1 〜１７n アームインピーダンス制御部
Claims (4)
- 【請求項１】 複数のロボットアームが協調して共通の
対象物を持ち操るための複腕協調制御を行う複腕協調制
御装置において、 対象物（１）の運動を複数のアーム（２1 〜２n ）の運
動に分解することにより対応するアームの各アーム制御
情報を生成する対象物制御部（１２）であって、前記対
象物（１）にアーム以外から加わる外力，外モーメント
を検出することによりこれらに対して該対象物（１）が
第１のインピーダンス特性を有するように制御情報の修
正を行うものと、 対象物制御部（１２）の出力の各アーム制御情報に従っ
て対応するアームのアーム駆動情報を生成する複数のア
ームインピーダンス制御部（１７1 〜１７n ）であっ
て、対応するアーム（２）の運動により対象物（１）に
生ずる内力，内モーメントを検出することによりこれら
に対して前記アーム（２）が第２のインピーダンス特性
を有するように前記アーム駆動情報の修正を行うもの、
とを備えることを特徴とする複腕協調制御装置。 - 【請求項２】 対象物制御部（１２）に関する第１の帰
還制御ループとアームインピーダンス制御部（１７1 〜
１７n ）に関する各第２の帰還制御ループとの間で帰還
する信号を異ならしめたことを特徴とする請求項１の複
腕協調制御装置。 - 【請求項３】 対象物制御部（１２）は、検出した外
力，外モーメントに対して所定のオフセット量を加える
ことにより該検出した外力，外モーメントに対して対象
物（１）が第１のインピーダンス特性を陽に有するよう
に制御情報の修正を行うことを特徴とする請求項１の複
腕協調制御装置。 - 【請求項４】 １又は２以上のアーム（２）に対する負
荷配分を一時的にゼロと成すと共に、残りのアーム
（２）で対象物（１）の協調把持を分担し、かつこの区
間に前記１又は２以上のアーム（２）で対象物（１）の
握り直しを行うように複腕協調制御することを特徴とす
る請求項１の複腕協調制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4960294A JPH07256580A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 複腕協調制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4960294A JPH07256580A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 複腕協調制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07256580A true JPH07256580A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12835791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4960294A Withdrawn JPH07256580A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 複腕協調制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07256580A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006043798A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Nissan Motor Co Ltd | 加工機冶具設計支援装置、およびその方法 |
| JP2012223829A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット、およびロボット制御方法 |
| US9517556B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Robot control apparatus and robot control method |
| CN109676642A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种多机器人协作系统及实现方法 |
| WO2023037550A1 (ja) * | 2021-09-13 | 2023-03-16 | 東京ロボティクス株式会社 | ロボット、ロボットシステム、制御方法及びプログラム |
| CN117644520A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 | 多臂机器人采摘任务规划方法、装置、电子设备及介质 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP4960294A patent/JPH07256580A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006043798A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Nissan Motor Co Ltd | 加工機冶具設計支援装置、およびその方法 |
| JP2012223829A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット、およびロボット制御方法 |
| US9517556B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Robot control apparatus and robot control method |
| DE112013003209B4 (de) | 2012-06-29 | 2019-02-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Robotersteuerungsvorrichtung und Robotersteuerungsverfahren |
| CN109676642A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种多机器人协作系统及实现方法 |
| CN109676642B (zh) * | 2017-10-19 | 2023-05-02 | 深圳市中科德睿智能科技有限公司 | 一种多机器人协作系统及实现方法 |
| WO2023037550A1 (ja) * | 2021-09-13 | 2023-03-16 | 東京ロボティクス株式会社 | ロボット、ロボットシステム、制御方法及びプログラム |
| CN117644520A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 | 多臂机器人采摘任务规划方法、装置、电子设备及介质 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |