JPH077290B2 - マニピュレータのハイブリッド制御装置 - Google Patents
マニピュレータのハイブリッド制御装置Info
- Publication number
- JPH077290B2 JPH077290B2 JP59063980A JP6398084A JPH077290B2 JP H077290 B2 JPH077290 B2 JP H077290B2 JP 59063980 A JP59063980 A JP 59063980A JP 6398084 A JP6398084 A JP 6398084A JP H077290 B2 JPH077290 B2 JP H077290B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- vector
- manipulator
- joint
- coordinate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般的な産業分野あるいは極限環境下におけ
る加工、組立、保守、点検等の作業に有効なマニピュレ
ータのハイブリッド制御装置に関するものである。
る加工、組立、保守、点検等の作業に有効なマニピュレ
ータのハイブリッド制御装置に関するものである。
［従来の技術］ ティーチングプレイバックを基本とした位置制御主体の
産業用ロボットは、例えば塗装や溶接のように、対象物
との直接的な接触による相互作用が生じない作業におい
て有効であるが、バルブのハンドルやボルトを廻す等の
保守あるいは組立のように、対象物との相互作用が生じ
る場合には、有効に利用することができない。即ち、上
記位置制御主体の産業用ロボットにおいては、如何に高
精度に位置制御を行っても、マニピュレータ自体が有し
ている機械的誤差や位置等の測定誤差があり、このよう
な誤差はマニピュレータの位置制御という観点からは非
常に小さいものであるが、対象物との相互作用時におけ
る大きな力の発生の原因となり、その力によって対象物
を破損したり作業不能に陥ることになる。
産業用ロボットは、例えば塗装や溶接のように、対象物
との直接的な接触による相互作用が生じない作業におい
て有効であるが、バルブのハンドルやボルトを廻す等の
保守あるいは組立のように、対象物との相互作用が生じ
る場合には、有効に利用することができない。即ち、上
記位置制御主体の産業用ロボットにおいては、如何に高
精度に位置制御を行っても、マニピュレータ自体が有し
ている機械的誤差や位置等の測定誤差があり、このよう
な誤差はマニピュレータの位置制御という観点からは非
常に小さいものであるが、対象物との相互作用時におけ
る大きな力の発生の原因となり、その力によって対象物
を破損したり作業不能に陥ることになる。
そこで、従来から力制御を行う方式が知られていが、単
に力の制御を行っても適切に作業を行わせることは困難
であり、力と同時に位置の制御を行うことが必要にな
る。
に力の制御を行っても適切に作業を行わせることは困難
であり、力と同時に位置の制御を行うことが必要にな
る。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明のハイブリッド制御装置は、マニピュレータによ
って相互作用が生じるような作業を行わせるに際し、そ
の作業に応じた適切な作業座標系を設定し、この座標系
の中で、ある座標成分に関しては位置を、他の座標成分
に関しては力の制御を行い、即ち作業空間において位置
と力を同時に制御することにより、作業を高精度に、且
つ滑らかに実行することを可能にしたものである。
って相互作用が生じるような作業を行わせるに際し、そ
の作業に応じた適切な作業座標系を設定し、この座標系
の中で、ある座標成分に関しては位置を、他の座標成分
に関しては力の制御を行い、即ち作業空間において位置
と力を同時に制御することにより、作業を高精度に、且
つ滑らかに実行することを可能にしたものである。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明のハイブリッド制御装
置は、マニピュレータの関節に設けられる位置及び力の
検出器、これらの検出器によって得られた位置及び力の
情報をそれぞれマニピュレータの関節座標系から作業座
標系の情報に変換する座標変換器、その座標変換器によ
って得られた位置及び力の情報において、位置及び力制
御する情報のうち指令値に対応しない成分の情報を取り
出すベクトル分解器、位置及び力制御の指令値とベクト
ル分解器の出力情報とを合成するベクトル合成器、その
ベクトル合成器によって得られた作業座標系の座標軸ご
との位置または力の指令ベクトルを関節座標系の指令ベ
クトルに変換する座標変換器、並びに上記後者の座標変
換器によって得られた関節座標軸ごとの位置または力の
指令ベクトルと上記検出器によって得られた位置または
力の現在値との差に基づいてマニピュレータへの関節座
標軸ごとの位置または力の指令値を演算する指令値演算
器とを備え、作業座標系の座標軸ごとに位置または力の
いずれかの制御を行うことを特徴とするものである。
置は、マニピュレータの関節に設けられる位置及び力の
検出器、これらの検出器によって得られた位置及び力の
情報をそれぞれマニピュレータの関節座標系から作業座
標系の情報に変換する座標変換器、その座標変換器によ
って得られた位置及び力の情報において、位置及び力制
御する情報のうち指令値に対応しない成分の情報を取り
出すベクトル分解器、位置及び力制御の指令値とベクト
ル分解器の出力情報とを合成するベクトル合成器、その
ベクトル合成器によって得られた作業座標系の座標軸ご
との位置または力の指令ベクトルを関節座標系の指令ベ
クトルに変換する座標変換器、並びに上記後者の座標変
換器によって得られた関節座標軸ごとの位置または力の
指令ベクトルと上記検出器によって得られた位置または
力の現在値との差に基づいてマニピュレータへの関節座
標軸ごとの位置または力の指令値を演算する指令値演算
器とを備え、作業座標系の座標軸ごとに位置または力の
いずれかの制御を行うことを特徴とするものである。
［作用］ このような本発明のハイブリッド制御装置によれば、マ
ニピュレータによって相互作用が生じるような作業を行
わせるに際し、その作業に応じた適切な作業座標系を設
定し、この座標系の中で、ある座標成分に関しては位置
を、他の座標成分に関しては力の制御を行うことによ
り、作業を高精度に、且つ滑らかに実行することができ
る。従って、ティーチングプレイバックを基本とした位
置制御主体の産業用ロボットにおいて実行不可能な組立
作業等の高度な作業をマニピュレータに行わせることが
可能となる。
ニピュレータによって相互作用が生じるような作業を行
わせるに際し、その作業に応じた適切な作業座標系を設
定し、この座標系の中で、ある座標成分に関しては位置
を、他の座標成分に関しては力の制御を行うことによ
り、作業を高精度に、且つ滑らかに実行することができ
る。従って、ティーチングプレイバックを基本とした位
置制御主体の産業用ロボットにおいて実行不可能な組立
作業等の高度な作業をマニピュレータに行わせることが
可能となる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述す
る。
る。
第１図に例示するように、作業空間に作業対象としての
一つの面１が存在し、この面１上に設定したｙ軸に沿っ
て、接触子２がその面１に接触しながら移動するように
制御す場合、面１に垂直なｘ軸方向には力を制御し、ｙ
軸方向には位置制御を行うことにより、面１に対して適
当な力で接触子２を押し付けながらｙ軸方向に移動させ
ることができ、これにより作業空間において異なる軸方
向に位置と力とを同時に制御することができる。
一つの面１が存在し、この面１上に設定したｙ軸に沿っ
て、接触子２がその面１に接触しながら移動するように
制御す場合、面１に垂直なｘ軸方向には力を制御し、ｙ
軸方向には位置制御を行うことにより、面１に対して適
当な力で接触子２を押し付けながらｙ軸方向に移動させ
ることができ、これにより作業空間において異なる軸方
向に位置と力とを同時に制御することができる。
このような制御を行うための具体的構成は、例えばアク
チュエータ４によって接触子２をｘ軸方向へ移動させる
機構３、及びアクチュエータ６によって上記接触子２を
ｙ軸方向へ移動させる機構５を設け、検出器によりｘ軸
方向の力とｙ軸方向の位置を検出して、アクチュエータ
４を力制御器７により、またアクチュエータ６を位置制
御器８により制御すればよい。
チュエータ４によって接触子２をｘ軸方向へ移動させる
機構３、及びアクチュエータ６によって上記接触子２を
ｙ軸方向へ移動させる機構５を設け、検出器によりｘ軸
方向の力とｙ軸方向の位置を検出して、アクチュエータ
４を力制御器７により、またアクチュエータ６を位置制
御器８により制御すればよい。
しかしながら、上記第１図における制御のための構成
は、最も単純化された特殊例であって、一般的には、第
２図に示すように、複数の腕13,15を関節14,16により連
結したマニピュレータの先端12が作業対象11に対して作
用を及ぼし、この場合に作業空間の座標系とマニピュレ
ータの関節座標系が一致するとは限らない。従って、各
関節について位置と力の両方を制御するためのハイブリ
ッド制御器17,18を設けることが必要となり、また作業
内容に応じて設定される作業座標系と関節座標系との間
で座標変換を行うことが必要となる。
は、最も単純化された特殊例であって、一般的には、第
２図に示すように、複数の腕13,15を関節14,16により連
結したマニピュレータの先端12が作業対象11に対して作
用を及ぼし、この場合に作業空間の座標系とマニピュレ
ータの関節座標系が一致するとは限らない。従って、各
関節について位置と力の両方を制御するためのハイブリ
ッド制御器17,18を設けることが必要となり、また作業
内容に応じて設定される作業座標系と関節座標系との間
で座標変換を行うことが必要となる。
なお、以下においては、上記位置と力についての制御
を、第２図に示すようなマニピュレータの関節角度とト
ルクについて行う場合を前提に説明するが、第１図に示
すようなリニア・アクチュエータを用いることもできる
のはもちろんである。
を、第２図に示すようなマニピュレータの関節角度とト
ルクについて行う場合を前提に説明するが、第１図に示
すようなリニア・アクチュエータを用いることもできる
のはもちろんである。
第３図は、上述したハイブリッド制御を行うための制御
装置の構成を示すものである。
装置の構成を示すものである。
ここで、 作業座標系 Cw∈Ｒｎ 関節座標系 Cj∈Ｒｎ ここで、上付添字は、 r:目標値、o:現在値 とする。
また、作業座標系において、１からｉまでの座標は位置
が、ｉ＋１からｎまでの座標は力が制御されるものと仮
定する。
が、ｉ＋１からｎまでの座標は力が制御されるものと仮
定する。
従って、作業空間における作業指令値 は、位置の指令値と力の指令値として与えられ、 と表わすことができる。
マニピュレータ20においては、例えば、各関節21,22,23
はポテンショメータやトルクセンサ等の位置及び力の検
出器を設けることにより、現在の が測定される。即ち、関節ｉの関節角度θｉは関節ｉに
設けられたポテンショメータＰｉにより測定され、関節
トルクｔｉは関節ｉに設けられたトルクセンサＳｉによ
り測定される。そして、この測定結果に基づき、まず、
座標変換器によって位置及び力の情報をそれぞれマニピ
ュレータの関節座標系から作業座標系の情報に変換し、
作業空間上におけるマニピュレータの手先位置 が、 によって求められる。但し、 は座標の変換関数である。
はポテンショメータやトルクセンサ等の位置及び力の検
出器を設けることにより、現在の が測定される。即ち、関節ｉの関節角度θｉは関節ｉに
設けられたポテンショメータＰｉにより測定され、関節
トルクｔｉは関節ｉに設けられたトルクセンサＳｉによ
り測定される。そして、この測定結果に基づき、まず、
座標変換器によって位置及び力の情報をそれぞれマニピ
ュレータの関節座標系から作業座標系の情報に変換し、
作業空間上におけるマニピュレータの手先位置 が、 によって求められる。但し、 は座標の変換関数である。
而して、上記手先位置 において位置制御される と置換えるため、ベクトル分解器により を求めて、これをベクトル合成器において と合成し、即ち、 によって作業空間における位置指令ベクトルを得る。
そして、上記作業空間における位置指令ベクトルについ
て、座標変換器において、 の座標変換を行うことにより、関節空間における位置
（関節角度）の が求められ、その位置指令ベクトルを とを比較し、その差 を指令値演算器への入力とする。
て、座標変換器において、 の座標変換を行うことにより、関節空間における位置
（関節角度）の が求められ、その位置指令ベクトルを とを比較し、その差 を指令値演算器への入力とする。
一方、力についても同様に、マニピュレータ20の各関節
21,22,23等に設けた検出器による前記検出トルク に基づき、作業空間上において発生している力が、座標
変換器における座標変換、即ち、 によって求められる。但し、Ｊは で与えられる のヤコビアン行列である。
21,22,23等に設けた検出器による前記検出トルク に基づき、作業空間上において発生している力が、座標
変換器における座標変換、即ち、 によって求められる。但し、Ｊは で与えられる のヤコビアン行列である。
而して、ベクトル分解器及びベクトル合成器により、上
記力 において力制御される と置換えることにより、 として作業空間上における作業指令ベクトルを得ること
ができ、これを座標変換器において再び関節座標系に変
換することにより、 として関節空間上における（トルク）指令ベクトルを得
る。従って、これを現在値 と比較し、その差 をもって指令値演算器への入力とする。
記力 において力制御される と置換えることにより、 として作業空間上における作業指令ベクトルを得ること
ができ、これを座標変換器において再び関節座標系に変
換することにより、 として関節空間上における（トルク）指令ベクトルを得
る。従って、これを現在値 と比較し、その差 をもって指令値演算器への入力とする。
この力制御について簡単に説明を補足すると、一般に、
マニピュレータの手先で発生する力と関節で発生してい
る力との間には静力学の解析により前記（２）式が成立
する。これは仮想仕事の原理を用いることにより導出す
ることができる。
マニピュレータの手先で発生する力と関節で発生してい
る力との間には静力学の解析により前記（２）式が成立
する。これは仮想仕事の原理を用いることにより導出す
ることができる。
マニピュレータがこの平衡状態において微小変位を行っ
たとし、このとき外界に対して行う仕事量 は０であり、次のようになる。
たとし、このとき外界に対して行う仕事量 は０であり、次のようになる。
微小運動学の関係 用いることにより、 を得ることができる。
上記ベクトル分解器及びベクトル合成器の機能について
説明を補足すると、上記ベクトル分解器とは、作業空間
における手先の位置ベクトルの現在値、 並びに、手先において発生する力ベクトルの現在値、 のそれぞれから、指令値に必要な成分（▲ｄo i+1▼，▲
ｄo i+2▼，・・，▲ｄo n▼）ｔと、（▲ｆo 1▼，▲ｆo 2
▼，・・，▲ｆo n▼）ｔのみを抽出する機能を有するも
のであり、また、上記ベクトル合成器とは、位置の指令
値成分（▲ｄr 1▼，▲ｄr 2▼，・・，▲ｄr n▼）ｔと、
（▲ｄo i+1▼，▲ｄo i+2▼，・・，▲ｄo n▼）ｔとから
マニピュレータへの位置指令値ベクトル を作り、力の指令値成分（▲ｆr i+1▼，▲ｆr i+2▼，・
・，▲ｆr n▼）ｔと（▲ｆo 1▼，▲ｆo 2▼，・・，▲ｆ
o n▼）ｔとからマニピュレータへの作業力指令値ベクト
ル を作る機能を有するものである。
説明を補足すると、上記ベクトル分解器とは、作業空間
における手先の位置ベクトルの現在値、 並びに、手先において発生する力ベクトルの現在値、 のそれぞれから、指令値に必要な成分（▲ｄo i+1▼，▲
ｄo i+2▼，・・，▲ｄo n▼）ｔと、（▲ｆo 1▼，▲ｆo 2
▼，・・，▲ｆo n▼）ｔのみを抽出する機能を有するも
のであり、また、上記ベクトル合成器とは、位置の指令
値成分（▲ｄr 1▼，▲ｄr 2▼，・・，▲ｄr n▼）ｔと、
（▲ｄo i+1▼，▲ｄo i+2▼，・・，▲ｄo n▼）ｔとから
マニピュレータへの位置指令値ベクトル を作り、力の指令値成分（▲ｆr i+1▼，▲ｆr i+2▼，・
・，▲ｆr n▼）ｔと（▲ｆo 1▼，▲ｆo 2▼，・・，▲ｆ
o n▼）ｔとからマニピュレータへの作業力指令値ベクト
ル を作る機能を有するものである。
上述のような指令値を作り出すことが上記ハイブリッド
制御の特徴であり、ｎ自由度のマニピュレータに対して
はｎ個の指令値が必要となるので、上記ベクトル分解器
及びベクトル合成器により指令ベクトルを得るように構
成している。
制御の特徴であり、ｎ自由度のマニピュレータに対して
はｎ個の指令値が必要となるので、上記ベクトル分解器
及びベクトル合成器により指令ベクトルを得るように構
成している。
指令値演算器は、上述したところによって得られた に基づいてアクチュエータ指令値 を計算するが、この指令値 は、例えば、 によって与えられ、この指令値によってアクチュエータ
を駆動制御し、マニピュレータに必要な作業を行わせ
る。
を駆動制御し、マニピュレータに必要な作業を行わせ
る。
【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は作業空間座標とマニピュレータの関
節座標についての説明図、第３図は本発明のハイブリッ
ド制御装置のブロック構成図である。 20……マニピュレータ、21,22,23……関節。
節座標についての説明図、第３図は本発明のハイブリッ
ド制御装置のブロック構成図である。 20……マニピュレータ、21,22,23……関節。
Claims (1)
- 【請求項１】マニピュレータの関節に設けられる位置及
び力の検出器、これらの検出器によって得られた位置及
び力の情報をそれぞれマニピュレータの関節座標系から
作業座標系の情報に変換する座標変換器、その座標変換
器によって得られた位置及び力の情報において、位置及
び力制御する情報のうち指令値に対応しない成分の情報
を取り出すベクトル分解器、位置及び力制御の指令値と
ベクトル分解器の出力情報とを合成するベクトル合成
器、そのベクトル合成器によって得られた作業座標系の
座標軸ごとの位置または力の指令ベクトルを関節座標系
の指令ベクトルに変換する座標変換器、並びに上記後者
の座標変換器によって得られた関節座標軸ごとの位置ま
たは力の指令ベクトルと上記検出器によって得られた位
置または力の現在値との差に基づいてマニピュレータへ
の関節座標軸ごとの位置または力の指令値を演算する指
令値演算器とを備え、作業座標系の座標軸ごとに位置ま
たは力のいずれかの制御を行うことを特徴とするマニピ
ュレータのハイブリッド制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063980A JPH077290B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マニピュレータのハイブリッド制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063980A JPH077290B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マニピュレータのハイブリッド制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60205716A JPS60205716A (ja) | 1985-10-17 |
| JPH077290B2 true JPH077290B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=13244936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59063980A Expired - Lifetime JPH077290B2 (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マニピュレータのハイブリッド制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077290B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2560212B2 (ja) * | 1986-07-25 | 1996-12-04 | 工業技術院長 | 冗長マニピユレ−タのハイブリツド制御装置 |
| JPS63106805A (ja) * | 1986-10-24 | 1988-05-11 | Hitachi Ltd | 直動形多自由度ロボツトの位置と力のハイブリツド制御装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927306A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-13 | Hitachi Ltd | ロボツトの制御方法 |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59063980A patent/JPH077290B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927306A (ja) * | 1982-08-09 | 1984-02-13 | Hitachi Ltd | ロボツトの制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60205716A (ja) | 1985-10-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |