JPH08243958A - アーム駆動装置 - Google Patents
アーム駆動装置Info
- Publication number
- JPH08243958A JPH08243958A JP7081689A JP8168995A JPH08243958A JP H08243958 A JPH08243958 A JP H08243958A JP 7081689 A JP7081689 A JP 7081689A JP 8168995 A JP8168995 A JP 8168995A JP H08243958 A JPH08243958 A JP H08243958A
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- JP
- Japan
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- angle
- arm
- force
- detecting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】最終停止角度を正確に保証しつつ、緩やかに停
止動作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない
ようにする。 【構成】設定したアーム角度になるように、アームに取
り付けた力センサ４の検出力と、アームの回転軸に取り
付けた角度検出器１０の検出角度とを帰還して、設定し
たパラメータに基づきインピーダンス制御するインピー
ダンス制御部１５を有するアーム駆動装置において、前
記検出力Ｔinをインピーダンス制御部１５に帰還する前
段に、前記検出力の正負と前記検出角度θres とに応じ
て１から０まで単調連続に変化する係数を前記検出力に
乗算する手段（関節角限界超過防止部６）を設ける。
止動作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない
ようにする。 【構成】設定したアーム角度になるように、アームに取
り付けた力センサ４の検出力と、アームの回転軸に取り
付けた角度検出器１０の検出角度とを帰還して、設定し
たパラメータに基づきインピーダンス制御するインピー
ダンス制御部１５を有するアーム駆動装置において、前
記検出力Ｔinをインピーダンス制御部１５に帰還する前
段に、前記検出力の正負と前記検出角度θres とに応じ
て１から０まで単調連続に変化する係数を前記検出力に
乗算する手段（関節角限界超過防止部６）を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、力制御によってアーム
を制御するアーム駆動装置（産業用ロボットや、連続受
動運動装置（特公平４−１４０２８号公報に詳しい））
に関し、特にアームの駆動角度が限界を超過しないよう
にする装置に関する。
を制御するアーム駆動装置（産業用ロボットや、連続受
動運動装置（特公平４−１４０２８号公報に詳しい））
に関し、特にアームの駆動角度が限界を超過しないよう
にする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上述のようなアーム駆動装置では、アー
ムの駆動角度が限界を超過しないようにするには、機械
的なリミットをかけるのが一般的であった。
ムの駆動角度が限界を超過しないようにするには、機械
的なリミットをかけるのが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
なリミットでは、所定角度で急にストップがかかってし
まい衝撃力が働くという問題があった。そこで、本発明
は、最終停止角度を正確に保証しつつ、緩やかに停止動
作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない関節
角限界超過防止制御装置を提供することを目的とするも
のである。
なリミットでは、所定角度で急にストップがかかってし
まい衝撃力が働くという問題があった。そこで、本発明
は、最終停止角度を正確に保証しつつ、緩やかに停止動
作を行い、また非常時にも急激な運動を起こさない関節
角限界超過防止制御装置を提供することを目的とするも
のである。
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、設定したアーム角度になるように、アー
ムに取り付けた力センサの検出力と、アームの回転軸に
取り付けた角度検出器の検出角度とを帰還して、設定し
たパラメータに基づきインピーダンス制御するインピー
ダンス制御部を有するアーム駆動装置において、前記検
出力をインピーダンス制御部に帰還する前段に、前記検
出力の正負と前記検出角度とに応じて１から０まで単調
連続に変化する係数を前記検出力に乗算する手段を設け
たことを特徴とするものである。
め、本発明は、設定したアーム角度になるように、アー
ムに取り付けた力センサの検出力と、アームの回転軸に
取り付けた角度検出器の検出角度とを帰還して、設定し
たパラメータに基づきインピーダンス制御するインピー
ダンス制御部を有するアーム駆動装置において、前記検
出力をインピーダンス制御部に帰還する前段に、前記検
出力の正負と前記検出角度とに応じて１から０まで単調
連続に変化する係数を前記検出力に乗算する手段を設け
たことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】上記手段により、関節角限界付近において限界
を超える方向に力センサに力を加えた場合には係数αe
＝０、すなわち制御上これを無視し、単なる位置制御と
して関節はそれ以上動かない。一方限界から復帰する方
向は係数αe ＝１、すなわち無視せずそのまま力制御に
用いるので、この方向には容易に動くことができる。
を超える方向に力センサに力を加えた場合には係数αe
＝０、すなわち制御上これを無視し、単なる位置制御と
して関節はそれ以上動かない。一方限界から復帰する方
向は係数αe ＝１、すなわち無視せずそのまま力制御に
用いるので、この方向には容易に動くことができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１に示して説明す
る。図１において、２はロボットアーム、３はロボット
アーム２を駆動するモータ、４はアーム２の先端に取り
付けられ、外界からの力を検出する力センサ、５は力セ
ンサ４の力情報をデジタル値に変換するＡ／Ｄ回路、６
は関節角限界超過防止部、７は力情報を変位角に変換す
る変位角算出部、８は力制御の慣性・粘性・弾性の各パ
ラメータを設定するインピーダンス値設定部、９はアー
ム２の釣り合い角を設定する釣り合い角度設定部、１０
はアーム２の回転角を測定する回転角検出計、１１は回
転角検出計１０の出力をデジタル値に変換する回転角変
換回路、１２はゲイン積算器、１３はアーム２の角度指
令値を出力するＤ／Ａ回路、１４はＤ／Ａ回路１３の出
力にしたがってモータ３を駆動するドライバ、１５はイ
ンピーダンス制御部である。
る。図１において、２はロボットアーム、３はロボット
アーム２を駆動するモータ、４はアーム２の先端に取り
付けられ、外界からの力を検出する力センサ、５は力セ
ンサ４の力情報をデジタル値に変換するＡ／Ｄ回路、６
は関節角限界超過防止部、７は力情報を変位角に変換す
る変位角算出部、８は力制御の慣性・粘性・弾性の各パ
ラメータを設定するインピーダンス値設定部、９はアー
ム２の釣り合い角を設定する釣り合い角度設定部、１０
はアーム２の回転角を測定する回転角検出計、１１は回
転角検出計１０の出力をデジタル値に変換する回転角変
換回路、１２はゲイン積算器、１３はアーム２の角度指
令値を出力するＤ／Ａ回路、１４はＤ／Ａ回路１３の出
力にしたがってモータ３を駆動するドライバ、１５はイ
ンピーダンス制御部である。
【０００９】力センサ４から取り込まれた力情報は、Ａ
／Ｄ変換回路５によってデジタル値に変換されたのち、
関節角限界超過防止部６を経て、変位角算出部７に入力
される。変位角算出部７ではインピーダンス値設定部８
の出力をもとに変位角が算出され、この変位角は釣り合
い角度設定部９の出力に加算され、角度指令θref とな
る。角度指令θref は、回転角検出計１０により検出さ
れた回転角を回転角変換回路１１により変換したデジタ
ル値θres と比較され、この差分にゲイン積算器１２に
よりゲインをかけた出力値がＤ／Ａ回路１３によってア
ナログ化され、ドライバ１４によってモータ３に出力さ
れることによってアーム１を駆動する。
／Ｄ変換回路５によってデジタル値に変換されたのち、
関節角限界超過防止部６を経て、変位角算出部７に入力
される。変位角算出部７ではインピーダンス値設定部８
の出力をもとに変位角が算出され、この変位角は釣り合
い角度設定部９の出力に加算され、角度指令θref とな
る。角度指令θref は、回転角検出計１０により検出さ
れた回転角を回転角変換回路１１により変換したデジタ
ル値θres と比較され、この差分にゲイン積算器１２に
よりゲインをかけた出力値がＤ／Ａ回路１３によってア
ナログ化され、ドライバ１４によってモータ３に出力さ
れることによってアーム１を駆動する。
【００１０】図２は関節角限界超過防止部６の内部概念
図である。図において、１は力情報リミット部であり、
図３に示されるように力センサからの情報Ｔinと現在角
度θres に応じてリミッタ係数αe を以下のように算出
する。 （１）Ｔin＞０のとき αe ＝１ ：（θres ＜θa のとき） αe ＝（θmax −θres ）／（θmax −θa ） :（θa
≦θres ≦θmax のとき） αe ＝０ ：（θres ＞θmax のとき） （２）Ｔin＜０のとき αe ＝１ ：（θres ＞θb のとき） αe ＝（θmin −θres ）／（θmin −θb ）：（θmi
n ≦θres ≦θb のとき） αe ＝０ ：（θres ＜θmin のとき） ここでθa,θb はリミッタの動作開始角度、θmax,θmi
n は最終停止角度（すなわち、限界角度）であり、任意
に設定可能である。リミッタ係数αe を入力Ｔinに積算
して、力情報リミット部１の出力Ｔout が得られる。 Ｔout ＝ αe ・Ｔin
図である。図において、１は力情報リミット部であり、
図３に示されるように力センサからの情報Ｔinと現在角
度θres に応じてリミッタ係数αe を以下のように算出
する。 （１）Ｔin＞０のとき αe ＝１ ：（θres ＜θa のとき） αe ＝（θmax −θres ）／（θmax −θa ） :（θa
≦θres ≦θmax のとき） αe ＝０ ：（θres ＞θmax のとき） （２）Ｔin＜０のとき αe ＝１ ：（θres ＞θb のとき） αe ＝（θmin −θres ）／（θmin −θb ）：（θmi
n ≦θres ≦θb のとき） αe ＝０ ：（θres ＜θmin のとき） ここでθa,θb はリミッタの動作開始角度、θmax,θmi
n は最終停止角度（すなわち、限界角度）であり、任意
に設定可能である。リミッタ係数αe を入力Ｔinに積算
して、力情報リミット部１の出力Ｔout が得られる。 Ｔout ＝ αe ・Ｔin
【００１１】本発明に従えば、例えば正方向の力で力セ
ンサを押していった場合、アーム角度がθa を超えるま
では通常の力制御がおこなわれる。しかしθa を超えた
ところから徐々に加えた力が制御上無視されていき、ア
ーム角度θmax で完全に外力のない状態、すなわち位置
制御と同等の状態となる。したがってアーム角度はθma
x を超えることはない（ただし力制御での慣性パラメー
タはきわめて小さいものとする）。こうして最終停止角
度が正確に保証される。またこの状態から手を離して
も、もともと無視されていた力がなくなるだけなので、
アームの運動には何の変化も起こらない。つまり急激に
はねかえることはありえない。またこの状態の力センサ
に逆方向の力を加えた場合には、これはαe ＝１である
ので、まったく通常の力制御と同じく、加えた力の分だ
けアームは移動する。つまり最終停止状態からの復帰も
きわめて容易である。
ンサを押していった場合、アーム角度がθa を超えるま
では通常の力制御がおこなわれる。しかしθa を超えた
ところから徐々に加えた力が制御上無視されていき、ア
ーム角度θmax で完全に外力のない状態、すなわち位置
制御と同等の状態となる。したがってアーム角度はθma
x を超えることはない（ただし力制御での慣性パラメー
タはきわめて小さいものとする）。こうして最終停止角
度が正確に保証される。またこの状態から手を離して
も、もともと無視されていた力がなくなるだけなので、
アームの運動には何の変化も起こらない。つまり急激に
はねかえることはありえない。またこの状態の力センサ
に逆方向の力を加えた場合には、これはαe ＝１である
ので、まったく通常の力制御と同じく、加えた力の分だ
けアームは移動する。つまり最終停止状態からの復帰も
きわめて容易である。
【００１２】力情報リミット部１のαe を算出する傾き
ＫL はリミッタの動作開始角度θaおよびθb によって
決まる。ＫL は無限大に近い値である必要はなく、通常
の力制御を行いたい範囲と制動を行いたい距離とのかね
あいによって選択できる。したがってθa 、θb あるい
はθmax 、θmin 付近でのαe の変動も少なく、制動距
離も広くとれるのでアームの急激な停止動作が抑えられ
る。また本実施例ではαe を単純な直線関数によって求
めているが、これをたとえばシグモイド関数のようなも
のにすれば、さらに滑らかな停止動作が期待できる。
ＫL はリミッタの動作開始角度θaおよびθb によって
決まる。ＫL は無限大に近い値である必要はなく、通常
の力制御を行いたい範囲と制動を行いたい距離とのかね
あいによって選択できる。したがってθa 、θb あるい
はθmax 、θmin 付近でのαe の変動も少なく、制動距
離も広くとれるのでアームの急激な停止動作が抑えられ
る。また本実施例ではαe を単純な直線関数によって求
めているが、これをたとえばシグモイド関数のようなも
のにすれば、さらに滑らかな停止動作が期待できる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば下記
の効果がある。 位置制御と同等になる角度が指定できるので、アーム
の最終停止角度が正確に保証される。 停止動作をおこなう距離が指定でき、その傾きＫL も
小さいので急激な停止動作を抑えることができる。 限界超過状態からいきなり力センサの入力が無くなっ
た場合でも、反対方向へ急激な運動を起こすことはな
く、安全である。
の効果がある。 位置制御と同等になる角度が指定できるので、アーム
の最終停止角度が正確に保証される。 停止動作をおこなう距離が指定でき、その傾きＫL も
小さいので急激な停止動作を抑えることができる。 限界超過状態からいきなり力センサの入力が無くなっ
た場合でも、反対方向へ急激な運動を起こすことはな
く、安全である。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図
【図２】関節角限界超過防止部６の内部概念図
【図３】本発明の動作説明図
１：力情報リミット部 ２：ロボットアーム ３：モータ ４：力センサ ５：Ａ／Ｄ回路 ６：関節角限界超過防止部 ７：変位角算出部 ８：インピーダンス値設定部 ９：釣り合い角度設定部 １０：回転角検出計 １１：回転角変換回路 １２：ゲイン積算器 １３：Ｄ／Ａ回路 １４：ドライバ １５：インピーダンス制御部
Claims (1)
- 【請求項１】 設定したアーム角度になるように、アー
ムに取り付けた力センサの検出力と、アームの回転軸に
取り付けた角度検出器の検出角度とを帰還して、設定し
たパラメータに基づきインピーダンス制御するインピー
ダンス制御部を有するアーム駆動装置において、 前記検出力をインピーダンス制御部に帰還する前段に、
前記検出力の正負と前記検出角度とに応じて１から０ま
で単調連続に変化する係数を前記検出力に乗算する手段
を設けたことを特徴とするアーム駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08168995A JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08168995A JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08243958A true JPH08243958A (ja) | 1996-09-24 |
| JP3412324B2 JP3412324B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=13753333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08168995A Expired - Fee Related JP3412324B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | アーム駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412324B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7652446B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Industrial Technology Research Institute | Method for detecting and controlling output characteristics of a DC motor and a self-propelled apparatus using the same |
| US20130184868A1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-18 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| JP2013146794A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
-
1995
- 1995-03-13 JP JP08168995A patent/JP3412324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7652446B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Industrial Technology Research Institute | Method for detecting and controlling output characteristics of a DC motor and a self-propelled apparatus using the same |
| US20130184868A1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-18 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| JP2013146794A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
| JP2013146793A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
| US9020642B2 (en) * | 2012-01-17 | 2015-04-28 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9050721B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-06-09 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9517562B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-12-13 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3412324B2 (ja) | 2003-06-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
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