JPH08257955A - マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 - Google Patents
マニピュレーターの曲面なぞり制御方法Info
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- JPH08257955A JPH08257955A JP8889495A JP8889495A JPH08257955A JP H08257955 A JPH08257955 A JP H08257955A JP 8889495 A JP8889495 A JP 8889495A JP 8889495 A JP8889495 A JP 8889495A JP H08257955 A JPH08257955 A JP H08257955A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑な形状の曲面のマニピュレーターなぞり
動作を軌道の開始点と終了点を教えるだけで実現でき、
教示データ作成にあたっての大巾な効率化が図れるマニ
ピュレーターの曲面なぞり制御方法を提供する。 【構成】 関節角度センサー５及び力覚センサー６を有
しマニピュレーター手先３の位置・姿勢と力・モーメン
トを検出できるマニピュレーター１において、開始点７
ａと終了点７ｂが教えられたなぞり面７を一定押し付け
力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点かのマニピュ
レーター手先３の位置情報をもとになぞり面７の曲率中
心８及び法線９を計算で割り出し、なぞり押し付け方向
のマニピュレーター手先３が発生する力の作用線と法線
９を一致させるようにマニピュレーター手先３の姿勢を
変化させてなぞり面７のなぞりを行う。
動作を軌道の開始点と終了点を教えるだけで実現でき、
教示データ作成にあたっての大巾な効率化が図れるマニ
ピュレーターの曲面なぞり制御方法を提供する。 【構成】 関節角度センサー５及び力覚センサー６を有
しマニピュレーター手先３の位置・姿勢と力・モーメン
トを検出できるマニピュレーター１において、開始点７
ａと終了点７ｂが教えられたなぞり面７を一定押し付け
力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点かのマニピュ
レーター手先３の位置情報をもとになぞり面７の曲率中
心８及び法線９を計算で割り出し、なぞり押し付け方向
のマニピュレーター手先３が発生する力の作用線と法線
９を一致させるようにマニピュレーター手先３の姿勢を
変化させてなぞり面７のなぞりを行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマニピュレーターの曲面
なぞり制御方法に関する。
なぞり制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、任意曲面のなぞりを実現するため
の方法としては、次のような方法がある。 (1) 曲面の形状を正確に計測してその面をなぞるための
マニピュレーターの位置・姿勢データを正確に計算し、
すなわちなぞり軌道を算出し位置制御のみで行う。 (2) (1) ほどでないが、ある程度正確ななぞり軌道を計
算し、マニピュレーター手先搭載の距離センサーを用い
てその軌道補正を行いなぞる。 (3) 力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、そ
の力覚センサーのフィードバックを利用する力制御を用
い、なぞる運動方向の力学的条件に沿った力制御主体に
３次元空間の運動方向を位置と力制御に分割してなぞり
を行う。 (4) 力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、そ
の力覚センサーのフィードバックを利用するとともに、
位置制御の情報も利用して、マニピュレーター手先をバ
ネのように制御するコンプライアンス制御を用い、なぞ
り曲面の大まかな軌道を与えて、軌道となぞり面のずれ
量を制御上のバネにて吸収してなどりを行う。 (5) メカニカルに手先にバネを取り付けて、(1) の位置
のずれを吸収して補正してなぞりを行う。
の方法としては、次のような方法がある。 (1) 曲面の形状を正確に計測してその面をなぞるための
マニピュレーターの位置・姿勢データを正確に計算し、
すなわちなぞり軌道を算出し位置制御のみで行う。 (2) (1) ほどでないが、ある程度正確ななぞり軌道を計
算し、マニピュレーター手先搭載の距離センサーを用い
てその軌道補正を行いなぞる。 (3) 力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、そ
の力覚センサーのフィードバックを利用する力制御を用
い、なぞる運動方向の力学的条件に沿った力制御主体に
３次元空間の運動方向を位置と力制御に分割してなぞり
を行う。 (4) 力覚センサーをマニピュレーター先端に搭載し、そ
の力覚センサーのフィードバックを利用するとともに、
位置制御の情報も利用して、マニピュレーター手先をバ
ネのように制御するコンプライアンス制御を用い、なぞ
り曲面の大まかな軌道を与えて、軌道となぞり面のずれ
量を制御上のバネにて吸収してなどりを行う。 (5) メカニカルに手先にバネを取り付けて、(1) の位置
のずれを吸収して補正してなぞりを行う。
【０００３】しかしながら、このような従来方法では、
いずれの方法も、なぞり対象面が変わる毎に事前になぞ
り面の軌道を与えなければならず、また各方法の特徴か
ら事前に与えるなぞり面の軌道をラフにすることができ
るが、限界値が存在する。そしてマニピュレーターに何
らかの作業，動作を行わせる場合、事前に与えておく動
作情報を極力低減できることが望ましい。
いずれの方法も、なぞり対象面が変わる毎に事前になぞ
り面の軌道を与えなければならず、また各方法の特徴か
ら事前に与えるなぞり面の軌道をラフにすることができ
るが、限界値が存在する。そしてマニピュレーターに何
らかの作業，動作を行わせる場合、事前に与えておく動
作情報を極力低減できることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、複雑な形状の曲面のマ
ニピュレーターなぞり動作を軌道の開始点と終了点を教
えるだけで実現でき、教示データ作成にあたっての大巾
な効率化が図れるマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法を提供することを目的とする。
事情に鑑みて提案されたもので、複雑な形状の曲面のマ
ニピュレーターなぞり動作を軌道の開始点と終了点を教
えるだけで実現でき、教示データ作成にあたっての大巾
な効率化が図れるマニピュレーターの曲面なぞり制御方
法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、関
節角度センサー及び力覚センサーを有しマニピュレータ
ー手先の位置・姿勢と力・モーメントを検出できるマニ
ピュレーターにおいて、開始点と終了点が教えられた任
意の曲面を一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化す
る過去何点かのマニピュレーター手先の位置情報をもと
になぞり面の曲率及びその法線を計算で割り出し、なぞ
り押し付け方向のマニピュレーター手先が発生する力の
作用線と法線を一致させるようにマニピュレーター手先
の姿勢を変化させて任意の曲面のなぞりを行うことを特
徴とする。
節角度センサー及び力覚センサーを有しマニピュレータ
ー手先の位置・姿勢と力・モーメントを検出できるマニ
ピュレーターにおいて、開始点と終了点が教えられた任
意の曲面を一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化す
る過去何点かのマニピュレーター手先の位置情報をもと
になぞり面の曲率及びその法線を計算で割り出し、なぞ
り押し付け方向のマニピュレーター手先が発生する力の
作用線と法線を一致させるようにマニピュレーター手先
の姿勢を変化させて任意の曲面のなぞりを行うことを特
徴とする。
【０００６】
【作用】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方法
においては、マニピュレーターの現在値の読み込みを行
ったうえ、任意の交叉する２点毎の４点を選んで２直線
の垂直２等分線の交点からなぞり面の曲率中心を求めた
のち、法線べクトルの導出を行い、基準座標から見たｘ
軸回りの法線べクトルの回転量と、基準座標から見たｙ
軸回りの法線べクトルの回転量とを求め、両軸回りのそ
れぞれの回転行列からマニピュレーター現在姿勢との偏
差を計算し、この偏差量を正規の偏差に加算する。
においては、マニピュレーターの現在値の読み込みを行
ったうえ、任意の交叉する２点毎の４点を選んで２直線
の垂直２等分線の交点からなぞり面の曲率中心を求めた
のち、法線べクトルの導出を行い、基準座標から見たｘ
軸回りの法線べクトルの回転量と、基準座標から見たｙ
軸回りの法線べクトルの回転量とを求め、両軸回りのそ
れぞれの回転行列からマニピュレーター現在姿勢との偏
差を計算し、この偏差量を正規の偏差に加算する。
【０００７】
【実施例】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方
法の一実施例を図面について説明すると、図１は本方法
を実施する装置の模式図、図２は本方法の制御系のブロ
ック図、図３は本方法のアルゴリズムのフローチャー
ト、図４はなぞり面の曲率中心を求めるための説明図、
図５は本方法のなぞり動作の説明図である。まず図１に
おいて、本方法を実施する装置を説明すると、通常６軸
以上の関節の数を有するマニピュレーター１は基準座標
２（ｘb −ｙb −ｚb ）を持っており、手先座標４（ｘ
h −ｙh −ｚh ）を持つマニピュレーター手先３の位置
〔ｘ，ｙ，ｚ(m ) 〕及び姿勢〔αx ，αy ，αz (rad)
〕を計測できる関節角度センサー５と、マニピュレー
ター手先３の力〔Ｆx ，Ｆy ，Ｆz （Ｎ）〕及びトルク
〔Ｍx ，Ｍy ，Ｍz （Ｎm ) 〕を計測できる力覚センサ
ー６とを備えている。そしてマニピュレーター手先３
は、開始点７ａ，終了点７ｂを有する任意の曲面のなぞ
り面７に対向しており、本方法によって計算で割り出す
なぞり面の曲率中心８及びなぞり面の法線９に応じて作
動するようになっている。またマニピュレーター１に
は、本方法の制御を行うために、関節速度制御アンプ１
０，電装インプット／アウトプットボード１１，制御計
算機１２が順次接続されるとともに、電装インプット／
アウトプットボード１１には、ティーチングボックス１
４を持つ教示・遠隔操作用の操作器１３が接続されてい
る。
法の一実施例を図面について説明すると、図１は本方法
を実施する装置の模式図、図２は本方法の制御系のブロ
ック図、図３は本方法のアルゴリズムのフローチャー
ト、図４はなぞり面の曲率中心を求めるための説明図、
図５は本方法のなぞり動作の説明図である。まず図１に
おいて、本方法を実施する装置を説明すると、通常６軸
以上の関節の数を有するマニピュレーター１は基準座標
２（ｘb −ｙb −ｚb ）を持っており、手先座標４（ｘ
h −ｙh −ｚh ）を持つマニピュレーター手先３の位置
〔ｘ，ｙ，ｚ(m ) 〕及び姿勢〔αx ，αy ，αz (rad)
〕を計測できる関節角度センサー５と、マニピュレー
ター手先３の力〔Ｆx ，Ｆy ，Ｆz （Ｎ）〕及びトルク
〔Ｍx ，Ｍy ，Ｍz （Ｎm ) 〕を計測できる力覚センサ
ー６とを備えている。そしてマニピュレーター手先３
は、開始点７ａ，終了点７ｂを有する任意の曲面のなぞ
り面７に対向しており、本方法によって計算で割り出す
なぞり面の曲率中心８及びなぞり面の法線９に応じて作
動するようになっている。またマニピュレーター１に
は、本方法の制御を行うために、関節速度制御アンプ１
０，電装インプット／アウトプットボード１１，制御計
算機１２が順次接続されるとともに、電装インプット／
アウトプットボード１１には、ティーチングボックス１
４を持つ教示・遠隔操作用の操作器１３が接続されてい
る。
【０００８】このような装置において、マニピュレータ
ー１がなぞり面７をなぞろうとする場合、開始点７ａ：
数１及び終了点７ｂ：数２の入力データに対して、
ー１がなぞり面７をなぞろうとする場合、開始点７ａ：
数１及び終了点７ｂ：数２の入力データに対して、
【数１】
【数２】 手先座標４（ｘh −ｙh −ｚh ）のｚh 方向のみ、押し
付け力１５Ｆzh（Ｎ）の力制御を行い、それ以外の方向
（ｘh ，ｙh ，Ｍzh〜 zh ）は、すべて位置制御の状態
を図２の制御軸の選択により行ってなぞり面７をなぞろ
うとする。この状態にて図２の位置と力の制御ループの
制御周期毎にマニピュレーター位置・姿勢現在値を読み
込む。
付け力１５Ｆzh（Ｎ）の力制御を行い、それ以外の方向
（ｘh ，ｙh ，Ｍzh〜 zh ）は、すべて位置制御の状態
を図２の制御軸の選択により行ってなぞり面７をなぞろ
うとする。この状態にて図２の位置と力の制御ループの
制御周期毎にマニピュレーター位置・姿勢現在値を読み
込む。
【０００９】以下になぞり面７の曲率中心を求めたうえ
法線べクトルを求めてなぞり動作を行うプロセスを説明
する。 (a) なぞり面の法線９をマニピュレーター１がなぞって
いる際中のマニピュレーター手先３の位置（ｘ，ｙ，
ｚ）を制御計算機１２のサンプリングの過去何点かを利
用して、図４に示すように、任意の交叉する２点毎
（Ａ，Ｃ）と（Ｂ，Ｄ）の４点を選び、直線ＡＣとＢＤ
の垂直２等分線の交点である曲率中心ｒ0（ｘ0 ，
ｙ0 ，ｚ0 ）を求める。 (b) マニピュレーター１の現在位置ｒC ＝（ｘC ，
ｙC ，ｚC ）と先の曲率中心ｒ0 ＝（ｘ0 ，ｙ0 ，
ｚ0 ）との差より、法線べクトルΔｒc0＝（ｘ0 −
ｘC，ｙ0 −ｙC ，ｚ0 −ｚC ）が求まる。 (c) このΔｒc0の基準座標から見た方向余弦より、その
姿勢を表わす行列Ａc0：数３を求める。
法線べクトルを求めてなぞり動作を行うプロセスを説明
する。 (a) なぞり面の法線９をマニピュレーター１がなぞって
いる際中のマニピュレーター手先３の位置（ｘ，ｙ，
ｚ）を制御計算機１２のサンプリングの過去何点かを利
用して、図４に示すように、任意の交叉する２点毎
（Ａ，Ｃ）と（Ｂ，Ｄ）の４点を選び、直線ＡＣとＢＤ
の垂直２等分線の交点である曲率中心ｒ0（ｘ0 ，
ｙ0 ，ｚ0 ）を求める。 (b) マニピュレーター１の現在位置ｒC ＝（ｘC ，
ｙC ，ｚC ）と先の曲率中心ｒ0 ＝（ｘ0 ，ｙ0 ，
ｚ0 ）との差より、法線べクトルΔｒc0＝（ｘ0 −
ｘC，ｙ0 −ｙC ，ｚ0 −ｚC ）が求まる。 (c) このΔｒc0の基準座標から見た方向余弦より、その
姿勢を表わす行列Ａc0：数３を求める。
【数３】 (d) マニピュレーター１現在姿勢はＡC ：数４であり、
ＡC をＡc0に合わせるようにマニピュレーター１の姿勢
を位置制御する。
ＡC をＡc0に合わせるようにマニピュレーター１の姿勢
を位置制御する。
【数４】 (e) (d) の位置制御は数５として、外積によって得られ
る量：数６を求めて姿勢制御する（ＡC をＡc0に合わせ
る）
る量：数６を求めて姿勢制御する（ＡC をＡc0に合わせ
る）
【数５】
【数６】 (f) 押し付け力の作用線は時々刻々変化する手先座標４
のｚh 軸に一致するように制御しておく。
のｚh 軸に一致するように制御しておく。
【００１０】このようにして上記(a) 〜(f) を無限に繰
り返すことが基本であるが、(c) 〜(f) は以下の２通り
の方法を代わる代わる行うことで対処する。 (c-1) 基準座標ｘ軸回りの回転Θx を求めると方向余弦
から数７となる。
り返すことが基本であるが、(c) 〜(f) は以下の２通り
の方法を代わる代わる行うことで対処する。 (c-1) 基準座標ｘ軸回りの回転Θx を求めると方向余弦
から数７となる。
【数７】 よってｘ軸回りの３×３の回転行列は数８となり、この
Ａc0に対して(d) ,(e) ,(f) を実施する。
Ａc0に対して(d) ,(e) ,(f) を実施する。
【数８】 (c-2) 基準座標ｙ軸回りの回転Θy を求めると方向余弦
から数９となる。
から数９となる。
【数９】 これよりｙ軸回りの３×３の回転行列は数１０となり、
このＡc0に対して(d) ,(e) ,(f) を実施する。
このＡc0に対して(d) ,(e) ,(f) を実施する。
【数１０】
【００１１】このようにしてマニピュレーター１の姿勢
制御を行うアルゴリズムを示すと図３の通りであり、こ
れに従って導出される偏差の補正量を正規の偏差量に加
え合わせることで、図５に示すような、なぞり面７のな
ぞり動作が実現できる。
制御を行うアルゴリズムを示すと図３の通りであり、こ
れに従って導出される偏差の補正量を正規の偏差量に加
え合わせることで、図５に示すような、なぞり面７のな
ぞり動作が実現できる。
【００１２】
【発明の効果】要するに本発明によれば、関節角度セン
サー及び力覚センサーを有しマニピュレーター手先の位
置・姿勢と力・モーメントを検出できるマニピュレータ
ーにおいて、開始点と終了点が教えられた任意の曲面を
一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点
かのマニピュレーター手先の位置情報をもとになぞり面
の曲率及びその法線を計算で割り出し、なぞり押し付け
方向のマニピュレーター手先が発生する力の作用線と法
線を一致させるようにマニピュレーター手先の姿勢を変
化させて任意の曲面のなぞりを行うことにより、複雑な
形状の曲面のマニピュレーターなぞり動作を軌道の開始
点と終了点を教えるだけで実現でき、教示データ作成に
あたっての大巾な効率化が図れるマニピュレーターの曲
面なぞり制御方法を得るから、本発明は産業上極めて有
益なものである。
サー及び力覚センサーを有しマニピュレーター手先の位
置・姿勢と力・モーメントを検出できるマニピュレータ
ーにおいて、開始点と終了点が教えられた任意の曲面を
一定押し付け力でなぞる際の時々刻々変化する過去何点
かのマニピュレーター手先の位置情報をもとになぞり面
の曲率及びその法線を計算で割り出し、なぞり押し付け
方向のマニピュレーター手先が発生する力の作用線と法
線を一致させるようにマニピュレーター手先の姿勢を変
化させて任意の曲面のなぞりを行うことにより、複雑な
形状の曲面のマニピュレーターなぞり動作を軌道の開始
点と終了点を教えるだけで実現でき、教示データ作成に
あたっての大巾な効率化が図れるマニピュレーターの曲
面なぞり制御方法を得るから、本発明は産業上極めて有
益なものである。
【図１】本発明マニピュレーターの曲面なぞり制御方法
の一実施例における実施装置の模式図である。
の一実施例における実施装置の模式図である。
【図２】本方法の制御系のブロック図である。
【図３】本方法のアルゴリズムのフローチャートであ
る。
る。
【図４】本方法におけるなぞり面の曲率中心を求めるた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図５】本方法のなぞり動作の説明図である。
１ マニピュレーター ２ 基準座標 ３ マニピュレーター手先 ４ 手先座標 ５ 関節角度センサー ６ 力覚センサー ７ なぞり面 ７ａ 開始点 ７ｂ 終了点 ８ なぞり面の曲率中心 ９ なぞり面の法線 10 関節速度制御アンプ 11 電装インプット／アウトプットボード 12 制御計算機 13 操作器 14 ティーチングボックス
Claims (1)
- 【請求項１】 関節角度センサー及び力覚センサーを有
しマニピュレーター手先の位置・姿勢と力・モーメント
を検出できるマニピュレーターにおいて、開始点と終了
点が教えられた任意の曲面を一定押し付け力でなぞる際
の時々刻々変化する過去何点かのマニピュレーター手先
の位置情報をもとになぞり面の曲率及びその法線を計算
で割り出し、なぞり押し付け方向のマニピュレーター手
先が発生する力の作用線と法線を一致させるようにマニ
ピュレーター手先の姿勢を変化させて任意の曲面のなぞ
りを行うことを特徴とするマニピュレーターの曲面なぞ
り制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08889495A JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08889495A JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08257955A true JPH08257955A (ja) | 1996-10-08 |
| JP3188130B2 JP3188130B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=13955683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08889495A Expired - Fee Related JP3188130B2 (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | マニピュレーターの曲面なぞり制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3188130B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11320466A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-11-24 | Carl Zeiss:Fa | 工具を案内する方法および装置 |
| JP2002331479A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-19 | Yaskawa Electric Corp | 産業用ロボットの制御方法 |
| JP2015139831A (ja) * | 2014-01-27 | 2015-08-03 | 株式会社Ihi | 研磨ロボットとその制御方法 |
| JP2017177279A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社Ihi | ロボットシステム及びロボットの制御方法 |
| JP2018051692A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | ファナック株式会社 | オフラインプログラミング用ジョグ支援装置、ジョグ支援方法及びジョグ支援プログラム |
| CN109596125A (zh) * | 2017-09-30 | 2019-04-09 | 北京柏惠维康科技有限公司 | 一种机器人的空间坐标系转换关系的确定方法和装置 |
-
1995
- 1995-03-22 JP JP08889495A patent/JP3188130B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11320466A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-11-24 | Carl Zeiss:Fa | 工具を案内する方法および装置 |
| JP2002331479A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-19 | Yaskawa Electric Corp | 産業用ロボットの制御方法 |
| JP2015139831A (ja) * | 2014-01-27 | 2015-08-03 | 株式会社Ihi | 研磨ロボットとその制御方法 |
| JP2017177279A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社Ihi | ロボットシステム及びロボットの制御方法 |
| JP2018051692A (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | ファナック株式会社 | オフラインプログラミング用ジョグ支援装置、ジョグ支援方法及びジョグ支援プログラム |
| CN109596125A (zh) * | 2017-09-30 | 2019-04-09 | 北京柏惠维康科技有限公司 | 一种机器人的空间坐标系转换关系的确定方法和装置 |
| CN109596125B (zh) * | 2017-09-30 | 2022-03-11 | 北京柏惠维康科技有限公司 | 一种机器人的空间坐标系转换关系的确定方法和装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3188130B2 (ja) | 2001-07-16 |
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