JPH09174466A - Arm tip position calibration device - Google Patents

Arm tip position calibration device

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Publication number
JPH09174466A
JPH09174466A JP33699295A JP33699295A JPH09174466A JP H09174466 A JPH09174466 A JP H09174466A JP 33699295 A JP33699295 A JP 33699295A JP 33699295 A JP33699295 A JP 33699295A JP H09174466 A JPH09174466 A JP H09174466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
joint
deflection angle
command
angle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33699295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Yanagida
真孝 柳田
Akihiro Maekawa
明寛 前川
Rie Hasegawa
利恵 長谷川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication of JPH09174466A publication Critical patent/JPH09174466A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a model error and allow calibration by obtaining gravitational torque with an arm model inputting an articulate angle command and outputting the gravitational torque, and obtaining the articulate rigidity constant in response to the gravitational torque. SOLUTION: This calibration device 1 is constituted of an arm simulator 2, a gravitational torque deflection angle guiding unit 3, a deflection angle correcting unit 4, an adder 5, and an arm tip position/attitude guiding unit 6. The arm tip position/attitude guiding unit 6 is connected to a controller 8 and an arm tip position/attitude guiding unit 9 via a subtracter 7 outside the calibration device 1. The controller 8 is connected to an arm 12 via an articulate angular velocity command guiding unit 10 and an articulate driving amplifier 11. The arm 12 is connected to the subtracter 7 via the arm tip position/attitude guiding unit 9, and it is connected to an articulate angular velocity guiding unit 10 via a Jacobian matrix, etc.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アーム手先位置制
御に適用されるアーム手先位置キャリブレーション装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arm hand end position calibration device applied to arm hand end position control.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、従来のこの種のアーム手先位置
キャリブレーション装置の構成を示す図である。図3に
おいて20はキャリブレーション装置であり、このキャ
リブレーション装置20ではアーム目標位置姿勢S1を
アームシミュレータ2に入力する。アームシミュレータ
2は、入力したアーム目標位置姿勢S1を内部のアーム
モデルへ与え、アームモデルの関節角を求める。そし
て、求めた関節角を関節角指令S2として加算器5と重
力トルクたわみ角導出器30へ出力する。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a conventional arm hand position calibration device of this type. In FIG. 3, reference numeral 20 denotes a calibration device, and the calibration device 20 inputs the arm target position / orientation S1 to the arm simulator 2. The arm simulator 2 gives the input arm target position / orientation S1 to the internal arm model and obtains the joint angle of the arm model. Then, the obtained joint angle is output to the adder 5 and the gravity torque deflection angle derivation device 30 as the joint angle command S2.

【0003】図4は、上記重力トルクたわみ角導出器3
0の構成を示す図である。この重力トルクたわみ角導出
器30は関節角指令S2を入力し、関節重力トルク導出
器31へ供給し、各関節に加わる重力トルクS3を求め
る。そして、求めた重力トルクS3と各関節の剛性を定
数として保持している関節剛性定数34を除算器32に
入力し、各関節の剛性定数分の各重力トルクとして、重
力トルクによる関節たわみ角である重力トルクたわみ角
S5を求め出力する。
FIG. 4 shows the above-described gravity torque deflection angle deriving device 3.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a zero. The gravity torque deflection angle deriving unit 30 inputs the joint angle command S2 and supplies it to the joint gravitational torque deriving unit 31 to obtain the gravitational torque S3 applied to each joint. Then, the obtained gravitational torque S3 and the joint stiffness constant 34 that holds the stiffness of each joint as a constant are input to the divider 32, and the gravitational torque corresponding to the stiffness constant of each joint is input as the joint deflection angle due to the gravitational torque. A certain gravitational torque deflection angle S5 is calculated and output.

【0004】キャリブレーション装置20における加算
器5は、関節角指令S2と重力トルクたわみ角S5とを
加算し、補正関節角指令S7を出力する。アーム手先位
置・姿勢導出器6は補正関節角指令S7を入力し、補正
を行ない、アーム手先位置・姿勢指令S8を減算器7へ
出力する。
The adder 5 in the calibration device 20 adds the joint angle command S2 and the gravitational torque deflection angle S5 and outputs a corrected joint angle command S7. The arm hand position / posture deriving unit 6 inputs the corrected joint angle command S7, performs correction, and outputs the arm hand position / posture command S8 to the subtractor 7.

【0005】このようにキャリブレーション装置20か
らアーム手先位置・姿勢指令S8を出力し、減算器7、
コントローラ8、アーム手先位置・姿勢導出部9、関節
角速度指令導出器10、ヤコビ行列導出器13、逆ヤコ
ビ行列導出器14、関節角S9、関節角速度S10、関
節駆動アンプ11および関節駆動電流S11を用いてア
ーム12の各関節角を駆動し、アーム手先位置を上記ア
ーム目標位置姿勢S1に合わせる。
In this way, the calibration device 20 outputs the arm hand position / orientation command S8, and the subtractor 7,
The controller 8, the arm hand position / posture derivation unit 9, the joint angular velocity command derivation unit 10, the Jacobian matrix derivation unit 13, the inverse Jacobian matrix derivation unit 14, the joint angle S9, the joint angular velocity S10, the joint drive amplifier 11, and the joint drive current S11. Each joint angle of the arm 12 is driven by using the arm 12, and the arm hand position is adjusted to the arm target position / posture S1.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のアーム手先位置
のキャリブレーション方法は、重力トルクによるたわみ
角を、各関節にかかる重力トルクと各関節の剛性定数か
ら求め、たわみ角分をキャンセルするように、関節角指
令S2に加えていた。なお、たわみ角を求めるのに用い
た重力トルクは、アームのリンク長、リンク重心長およ
びリンク重量のモデルパラメータを用いて求めている。
しかし、このモデルパラメータや関節の剛性定数はモデ
ル誤差を含むため、求めた重力トルクによるたわみ角で
は精度よくキャリブレーションを行なうことができない
という問題点がある。
In the conventional arm hand position calibration method, the deflection angle due to the gravitational torque is obtained from the gravitational torque applied to each joint and the stiffness constant of each joint, and the deflection angle is canceled. , Was added to the joint angle command S2. The gravitational torque used to calculate the deflection angle is calculated using model parameters of the arm link length, link center of gravity length, and link weight.
However, since the model parameter and the stiffness constant of the joint include a model error, there is a problem that it is not possible to perform accurate calibration with the obtained deflection angle due to the gravitational torque.

【0007】本発明の目的は、重力トルクを求めるモデ
ルパラメータと関節の剛性定数に含まれるモデル誤差を
低減し、精度良くアーム手先位置のキャリブレーション
を行なえるキャリブレーション装置を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a calibration device capable of reducing the model error included in the model parameter for obtaining the gravitational torque and the stiffness constant of the joint and accurately calibrating the arm hand position.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のアーム手先位置キャリブレー
ション装置は以下の如く構成されている。本発明のアー
ム手先位置キャリブレーション装置は、アームの手先位
置の目標であるアーム目標位置姿勢を入力し、アームモ
デルを用いて関節角指令を出力するアームシミュレータ
と、前記関節角指令を入力し重力トルクを出力するアー
ムモデルを用いて重力トルクを求め、この重力トルクに
応じて関節の剛性定数を出力する関節剛性関数により関
節の剛性定数を求め、求められた前記重力トルクと前記
関節の剛性定数から、たわみ角を導出する重力トルクた
わみ角導出器と、前記重力トルクによるたわみ角に含ま
れるモデル誤差分を低減し、補正たわみ角を出力するた
わみ角補正器と、前記関節角指令と前記補正たわみ角を
加え、補正関節角指令を出力する加算器と、前記補正関
節角指令を入力し、前記アームの手先目標位置を出力す
るアーム手先位置姿勢導出器と、から構成されている。
In order to solve the above problems and achieve the object, the arm hand position calibration device of the present invention is configured as follows. The arm hand position calibration device of the present invention inputs an arm target position / posture which is a target of a hand position of an arm, and outputs an joint angle command using an arm model, and an arm simulator which inputs the joint angle command and outputs gravity. Gravity torque is obtained using an arm model that outputs torque, the joint stiffness constant is obtained according to the joint stiffness function that outputs the joint stiffness constant according to this gravity torque, and the obtained gravity torque and joint stiffness constant are obtained. , A deflection angle deriving device for deriving a deflection angle for deriving a deflection angle, a deflection angle compensator for reducing a model error included in the deflection angle due to the gravitational torque, and outputting a corrected deflection angle, the joint angle command and the correction. An adder that adds a deflection angle and outputs a corrected joint angle command, and an adder that inputs the corrected joint angle command and outputs the arm end target position And the no-hand position and orientation derivation unit, and is configured from.

【0009】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。本発明のアーム手先位置キャリブレーション装
置によれば、アーム目標位置姿勢に係る関節角指令から
求めた重力トルクに応じて関節の剛性定数を求め、前記
重力トルクと前記関節の剛性定数からたわみ角を導出
し、そのたわみ角に含まれるモデル誤差分を低減した補
正たわみ角と前記関節角指令を加え、アームの手先目標
位置を出力するので、前記アームを駆動し、既知点位置
とアーム手先位置との誤差から求められるたわみ角に重
力トルクと関節剛性定数から求められるたわみ角が合う
ように、前記たわみ角補正器内に各関節毎の補正係数を
設定し、前記重力トルクと関節剛性定数から求められる
たわみ角を補正することによりモデル誤差を低減するこ
とができる。
[0009] As a result of taking the above measures, the following effects occur. According to the arm hand position calibration device of the present invention, the stiffness constant of the joint is obtained according to the gravity torque obtained from the joint angle command related to the arm target position / posture, and the deflection angle is obtained from the gravity torque and the stiffness constant of the joint. Derived, the corrected deflection angle reduced by the model error included in the deflection angle and the joint angle command are added, and the arm tip target position is output, so that the arm is driven and the known point position and the arm tip position are set. In order to match the deflection angle obtained from the error between the gravity torque and the deflection angle obtained from the joint stiffness constant, a correction coefficient is set for each joint in the deflection angle corrector, and is obtained from the gravity torque and the joint stiffness constant. Model error can be reduced by correcting the deflection angle.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
るアーム手先位置のキャリブレーション装置の構成を示
す図である。なお、図1において図3と同一な部分には
同一符号を付してある。
1 is a diagram showing a configuration of an arm hand position calibration device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.

【0011】図1において1はキャリブレーション装置
であり、このキャリブレーション装置1はアームシミュ
レータ2、重力トルクたわみ角導出器3、たわみ角補正
器4、加算器5およびアーム手先位置・姿勢導出器6か
ら構成されている。アームシミュレータ2は重力トルク
たわみ角導出器3と加算器5に接続されており、重力ト
ルクたわみ角導出器3はたわみ角補正器4を介して加算
器5に接続されている。また、加算器5はアーム手先位
置・姿勢導出器6に接続されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a calibration device. The calibration device 1 includes an arm simulator 2, a gravitational torque deflection angle derivation device 3, a deflection angle correction device 4, an adder 5 and an arm hand position / posture derivation device 6. It consists of The arm simulator 2 is connected to the gravity torque deflection angle derivation device 3 and the adder 5, and the gravity torque deflection angle derivation device 3 is connected to the addition device 5 via the deflection angle correction device 4. The adder 5 is connected to the arm hand position / posture derivation device 6.

【0012】アーム手先位置・姿勢導出器6はキャリブ
レーション装置1外部の減算器7を介してコントローラ
8とアーム手先位置・姿勢導出器9に接続されている。
コントローラ8は関節角速度指令導出器10および関節
駆動アンプ11を介してアーム12に接続されている。
このアーム12はアーム手先位置・姿勢導出器9を介し
て減算器7に接続されているとともに、ヤコビ行列導出
器13および逆ヤコビ行列導出器14を介して関節角速
度指令導出器10に接続されてる。
The arm hand position / posture deriving device 6 is connected to a controller 8 and an arm hand position / posture deriving device 9 via a subtracter 7 outside the calibration device 1.
The controller 8 is connected to the arm 12 via a joint angular velocity command derivation device 10 and a joint drive amplifier 11.
The arm 12 is connected to the subtractor 7 via the arm hand position / posture derivation device 9 and is also connected to the joint angular velocity command derivation device 10 via the Jacobian matrix derivation device 13 and the inverse Jacobian matrix derivation device 14. .

【0013】図2は、上記重力トルクたわみ角導出器3
の構成を示す図である。図2において31は関節重力ト
ルク導出器であり、この関節重力トルク導出器31は除
算器32と関節剛性関数部33に接続されている。また
関節剛性関数部33は除算器32に接続されている。
FIG. 2 shows the gravitational torque deflection angle deriving device 3 described above.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of FIG. In FIG. 2, reference numeral 31 is a joint gravity torque derivation device, and this joint gravity torque derivation device 31 is connected to a divider 32 and a joint stiffness function unit 33. Further, the joint stiffness function unit 33 is connected to the divider 32.

【0014】以下、図1および図2を基に当該アーム手
先位置キャリブレーション装置の動作を説明する。キャ
リブレーション装置1は、アーム手先位置の目標である
アーム目標位置姿勢S1(xref ,yref ,zref )を
アームシミュレータ2に入力する。アームシミュレータ
2は、このアーム目標位置姿勢S1(xref ,yref,zr
ef )を内部に有する所定のアームモデル式へ代入する
ことにより、アームモデルを目標であるS1(xref ,
yref ,zref )に合わせる。
The operation of the arm hand position calibration device will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. The calibration device 1 inputs the arm target position / orientation S1 (xref, yref, zref), which is the target of the arm hand position, to the arm simulator 2. The arm simulator 2 uses the arm target position / posture S1 (xref, yref, zr
ef) is substituted into a predetermined arm model formula having the inside, the arm model is the target S1 (xref,
yref, zref).

【0015】そして、アームシミュレータ2は前記アー
ムモデルの姿勢から、7軸からなるアーム12の各関節
角(θ1 ,θ2 ,θ3 ,θ4 ,θ5 ,θ6 ,θ7 )を求
め、それを関節角指令S2(θ1ref,θ2ref,θ3ref,
θ4ref,θ5ref,θ6ref,θ7ref)として出力する。こ
の関節角指令S2(θ1ref,θ2ref,…,θ7ref)は加
算器5と重力トルクたわみ角導出器3の関節重力トルク
導出器31に入力される。
Then, the arm simulator 2 obtains each joint angle (θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6, θ7) of the arm 12 having seven axes from the posture of the arm model, and the joint angle command S2 is obtained. (Θ1ref, θ2ref, θ3ref,
Output as θ4ref, θ5ref, θ6ref, θ7ref). The joint angle command S2 (θ1ref, θ2ref, ..., θ7ref) is input to the adder 5 and the joint gravity torque derivation device 31 of the gravity torque deflection angle derivation device 3.

【0016】関節重力トルク導出器31は、入力した関
節角指令S2(θ1ref,θ2ref,…,θ7ref)を内部に
有する重力トルク導出式へ代入し、各関節に生じる重力
トルクS3(Tg1,Tg2,Tg3,Tg4,Tg5,Tg6,T
g7)を除算器32と関節剛性関数部33へ出力する。関
節剛性関数部33は、入力した各重力トルクS3(Tg
1,Tg2,…,Tg7)に応じて各関節の剛性定数S4
(K1 ,K2 ,K3 ,K4,K5 ,K6 ,K7 )を導
き、除算器32へ出力する。
The joint gravity torque derivation device 31 substitutes the input joint angle command S2 (θ1ref, θ2ref, ..., θ7ref) into a gravity torque derivation formula which is internally provided, and a gravity torque S3 (Tg1, Tg2, Tg3, Tg4, Tg5, Tg6, T
g7) is output to the divider 32 and the joint stiffness function unit 33. The joint stiffness function unit 33 receives each input gravity torque S3 (Tg
1, Tg2, ..., Tg7) according to the stiffness constant S4 of each joint
(K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7) is derived and output to the divider 32.

【0017】なお、関節の剛性は、負荷に応じた値を有
しており、アーム12の姿勢により各関節にかかる重力
トルクは変わる。このため、アーム手先位置・姿勢の偏
差を小さくするために、できるだけ正しい関節の剛性を
求める必要がある。そこで、関節剛性関数を用いて剛性
定数S4を求めている。
The rigidity of the joint has a value according to the load, and the gravitational torque applied to each joint changes depending on the posture of the arm 12. Therefore, in order to reduce the deviation of the arm hand position / posture, it is necessary to obtain the rigidity of the joint as accurate as possible. Therefore, the stiffness constant S4 is obtained using the joint stiffness function.

【0018】除算器32は、重力トルクS3(Tg1,T
g2,…,Tg7)を剛性定数S4(K1 ,K2 ,…,K7
)で除算し、各関節の重力トルクによるたわみ角であ
る重力トルクたわみ角S5(dθ1 ,dθ2 ,dθ3 ,
dθ4 ,dθ5 ,dθ6 ,dθ7 )をたわみ角補正器4
へ出力する。たわみ角補正器4は、予めアーム12を駆
動し、目標位置と手先位置のずれ量(dx,dy,d
z)から各関節たわみ角(dθ1 ′,dθ2 ′,dθ3
′,dθ4 ′,dθ5 ′,dθ6 ′,dθ7 ′)を求
めている。そしてたわみ角補正器4は、内部に前記各関
節たわみ角(dθ1 ′,dθ2 ′,…,dθ7 ′)と重
力トルクたわみ角S5(dθ1 ,dθ2 ,…,dθ7 )
とが等しくなる補正係数(α1 ,α2 ,α3 ,α4 ,α
5 ,α6 ,α7)を備えている。
The divider 32 has a gravitational torque S3 (Tg1, Tg).
g2, ..., Tg7) is set to a stiffness constant S4 (K1, K2, ..., K7).
), And the deflection angle S5 (dθ1, dθ2, dθ3, which is the deflection angle due to the gravity torque of each joint).
Deflection angle compensator 4 for dθ4, dθ5, dθ6, dθ7)
Output to The deflection angle corrector 4 drives the arm 12 in advance, and the deviation amount (dx, dy, d
z) from each joint deflection angle (dθ1 ′, dθ2 ′, dθ3
′, Dθ4 ′, dθ5 ′, dθ6 ′, dθ7 ′). The deflection angle corrector 4 internally has the deflection angles (dθ1 ′, dθ2 ′, ..., dθ7 ′) of the joints and the gravitational torque deflection angle S5 (dθ1, dθ2, ..., dθ7).
Correction factors (α1, α2, α3, α4, α
5, α6, α7).

【0019】前述したように重力トルクたわみ角S5
は、関節剛性定数S4と重力トルクS3から計算で求め
ており、実際の各関節のたわみ角とは多少の誤差が生
じ、アーム手先位置・姿勢の偏差に影響する。このた
め、実際の各関節たわみ角に重力トルクたわみ角を合わ
せるよう補正する必要がある。
As described above, the gravitational torque deflection angle S5
Is calculated from the joint stiffness constant S4 and the gravitational torque S3, and there is some error from the actual deflection angle of each joint, which affects the deviation of the arm hand position / posture. Therefore, it is necessary to make a correction so that the deflection angle of gravity torque is matched with the actual deflection angle of each joint.

【0020】そして、たわみ角補正器4により求めた補
正たわみ角S6(α1 ・dθ1 ,α2 ・dθ2 ,α3 ・
dθ3 ,α4 ・dθ4 ,α5 ・dθ5 ,α6 ・dθ6 ,
α7・dθ7 )(・は積を示す。)を加算器5へ出力す
る。加算器5は関節角度指令S2(θ1ref,θ2ref,
…,θ7ref)の各変数と、これら各変数に対応する補正
たわみ角S6(α1 ・dθ1 ,α2 ・dθ2 ,…,α7
・dθ7 )の各変数とを加算し、その加算結果である補
正関節角指令S7(θ′1ref,θ′2ref,θ′3ref,
θ′4ref,θ′5ref,θ′6ref,θ′7ref)をアーム手
先位置・姿勢導出器6へ出力する。
Then, the corrected deflection angles S6 (α1 · dθ1, α2 · dθ2, α3 ·
dθ3, α4 · dθ4, α5 · dθ5, α6 · dθ6,
Outputs α7 · dθ7) (· represents a product) to the adder 5. The adder 5 uses the joint angle command S2 (θ1ref, θ2ref,
, .Theta.7ref) and corrected deflection angles S6 (.alpha.1 .d.theta.1, .alpha.2 .d.theta.2, ..., .alpha.7) corresponding to these variables.
.D.theta.7) and each variable, and the corrected joint angle command S7 (.theta.'1ref, .theta.'2ref, .theta.'3ref,
θ′4ref, θ′5ref, θ′6ref, θ′7ref) are output to the arm hand position / posture deriving device 6.

【0021】アーム手先位置・姿勢導出器6は,補正関
節角指令S7(θ′1ref,θ′2ref,…,θ′7ref)を
内部のアームモデルに入力し、アーム手先位置・姿勢指
令S8(x′ref ,y′ref ,z′ref )を算出する。
このアーム手先位置・姿勢指令S8(x′ref ,y′re
f ,z′ref )は、アーム手先位置・姿勢導出器6から
キャリブレーション装置1外部へ出力され、減算器7へ
入力される。
The arm hand position / posture deriving device 6 inputs the corrected joint angle command S7 (θ'1ref, θ'2ref, ..., θ'7ref) to the internal arm model, and the arm hand position / posture command S8 ( x'ref, y'ref, z'ref) are calculated.
This arm hand position / posture command S8 (x'ref, y're
f, z′ref) is output from the arm hand position / posture derivation device 6 to the outside of the calibration device 1 and input to the subtractor 7.

【0022】そして以下に示すように、減算器7、コン
トローラ8、アーム手先位置・姿勢導出器9、関節角速
度導出器10、ヤコビ行列導出器13、逆ヤコビ行列導
出器14、関節角S9、関節角速度指令S10、関節駆
動アンプ11などを用いて、アーム12の各関節角を駆
動し、アーム手先位置をアーム目標位置姿勢S1に合わ
せる。
Then, as shown below, the subtracter 7, the controller 8, the arm hand position / orientation deriving unit 9, the joint angular velocity deriving unit 10, the Jacobian matrix deriving unit 13, the inverse Jacobian matrix deriving unit 14, the joint angle S9, the joint. Using the angular velocity command S10, the joint drive amplifier 11, etc., each joint angle of the arm 12 is driven, and the arm hand position is adjusted to the arm target position / posture S1.

【0023】アーム手先位置・姿勢導出器9では、アー
ム12の各軸の関節角S9を入力し、関節角S9と以下
の式(1)を用いて、アーム手先位置・姿勢を求める。 T=A1 ・A2 ・A3 ・A4 ・A5 ・A6 ・A7 …(1) なお、行列Ai は、
The arm hand position / posture deriving device 9 inputs the joint angle S9 of each axis of the arm 12, and obtains the arm hand position / posture by using the joint angle S9 and the following equation (1). T = A1 * A2 * A3 * A4 * A5 * A6 * A7 (1) The matrix Ai is

【0024】[0024]

【数1】 であり、各リンク毎の位置・姿勢を示している。なお、
行列Ai において、 ni =(nxi,nyi,nzi):各リンク法線ベクトル oi =(oxi,oyi,ozi):各リンク方向ベクトル ai =(axi,ayi,ozi):各リンク接近ベクトル pi =(pxi,pyi,pzi):各リンク位置ベクトル である。
[Equation 1] And shows the position / orientation of each link. In addition,
In the matrix Ai, ni = (nxi, nyi, nzi): each link normal vector oi = (oxi, oyi, ozi): each link direction vector ai = (axi, ayi, ozi): each link approach vector pi = ( pxi, pyi, pzi): each link position vector.

【0025】なお、このようにしてアーム手先位置・姿
勢を導出する理由は、上記したアーム手先位置・姿勢指
令S8と実際のアーム手先位置・姿勢を一致させるよう
に、フィードバック制御を行なうためである。
The reason for deriving the arm hand position / posture in this way is to perform feedback control so that the arm hand position / posture command S8 described above and the actual arm hand position / posture match. .

【0026】次に、アーム手先位置・姿勢指令S8と前
述したようにアーム手先位置・姿勢導出器9において関
節角S9から求めたアーム手先位置・姿勢との偏差を減
算器7で求め、コントローラ8内で前記偏差にゲインを
掛け、修正アーム位置・姿勢指令を出力する。これを式
(2)に示す。 dref=k・de …(2) なお、行列k、deはそれぞれ、
Next, the difference between the arm hand position / posture command S8 and the arm hand position / posture obtained from the joint angle S9 in the arm hand position / posture deriving device 9 as described above is obtained by the subtracter 7, and the controller 8 The deviation is multiplied by a gain and the corrected arm position / attitude command is output. This is shown in equation (2). dref = k · de (2) The matrices k and de are

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】 dref:修正アーム位置・姿勢指令 k:ゲイン de:目標アーム手先位置・姿勢とフィードバック手先
位置・姿勢の偏差 であり、コントローラ8でゲインを掛けるのは、アーム
手先位置・姿勢の偏差を小さくするためと、応答を良く
するためである。
Dref: corrected arm position / posture command k: gain de: deviation of target arm tip position / posture and feedback hand tip position / posture, which is multiplied by the controller 8 is the deviation of arm tip position / posture This is to reduce the size and to improve the response.

【0029】続いて関節角速度指令導出器10は、前記
目標アーム手先位置・姿勢とフィードバックされた手先
位置・姿勢との偏差を基に、後述する逆ヤコビ行列導出
器14から入力した逆ヤコビ行列を用いてアームの関節
角速度指令S10を求める。これを式(3)(4)に示
す。
Subsequently, the joint angular velocity command derivation unit 10 calculates the inverse Jacobian matrix input from the inverse Jacobian matrix derivation unit 14 described later based on the deviation between the target arm hand position / posture and the fed back hand position / posture. The joint angular velocity command S10 of the arm is obtained by using this. This is shown in equations (3) and (4).

【0030】 dθ=J-1・dref …(3) dθ’=dθ/dt …(4) J-1:逆ヤコビ行列 dθ’:関数角速度指令 dθ:修正関節角 dt:サンプリング時間 なお、アーム12の各関節のモータを駆動する電源への
指令(関節角速度)を導出しないとモータを駆動できな
い。
Dθ = J −1 · dref (3) dθ ′ = dθ / dt (4) J −1 : Inverse Jacobian matrix dθ ′: Function angular velocity command dθ: Modified joint angle dt: Sampling time The arm 12 The motor cannot be driven without deriving a command (joint angular velocity) to the power source for driving the motor of each joint.

【0031】一方、ヤコビ行列導出器13において、ヤ
コビ行列は式(5)に示すように、7関節すべて微小変
化させたときの上記Tの位置姿勢における微小回転およ
び並進ベクトルの要素からなる行列として表される。
On the other hand, in the Jacobian matrix derivation unit 13, the Jacobian matrix is a matrix consisting of elements of the minute rotation and translation vector in the position and orientation of T when all seven joints are minutely changed, as shown in the equation (5). expressed.

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】J:6×7の行列 このように各関節角をヤコビ行列に代入しヤコビ行列を
求め、続いて逆ヤコビ行列導出器14で逆ヤコビ行列を
求める。なお、修正アーム手先位置・姿勢から修正関数
角を求める行列は、式(6)に示すようにヤコビ行列の
逆行列で行なえる。このため、逆ヤコビ行列を導出して
いる。
J: 6 × 7 matrix In this way, each joint angle is substituted into the Jacobian matrix to obtain the Jacobian matrix, and then the inverse Jacobian matrix deriving unit 14 obtains the inverse Jacobian matrix. The matrix for obtaining the correction function angle from the correction arm hand position / posture can be an inverse matrix of the Jacobian matrix as shown in equation (6). Therefore, the inverse Jacobian matrix is derived.

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】そして関節駆動アンプ11は、関節角速度
指令導出器10から入力したアーム12の各関節毎の関
数角速度指令S10を入力しアーム12のモータを駆動
するための関節駆動電流11をアーム12へ出力する。
これにより、アーム12の各関節が駆動される。
The joint drive amplifier 11 inputs the function angular velocity command S10 for each joint of the arm 12 input from the joint angular velocity command derivation device 10 to the joint drive current 11 for driving the motor of the arm 12 to the arm 12. Output.
As a result, each joint of the arm 12 is driven.

【0036】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。 (実施の形態のまとめ)実施の形態に示された構成およ
び作用効果をまとめると次の通りである。実施の形態に
示されたアーム手先位置キャリブレーション装置は、ア
ーム12の手先位置の目標であるアーム目標位置姿勢S
1を入力し、アームモデルを用いて関節角指令S2を出
力するアームシミュレータ2と、前記関節角指令S2を
入力し重力トルクを出力するアームモデルを用いて重力
トルクS3を求め、この重力トルクS3に応じて関節の
剛性定数を出力する関節剛性関数33により関節の剛性
定数S4を求め、求められた前記重力トルクS3と前記
関節の剛性定数S4から、たわみ角S5を導出する重力
トルクたわみ角導出器3と、前記重力トルクS3による
たわみ角に含まれるモデル誤差分を低減し、補正たわみ
角S6を出力するたわみ角補正器4と、前記関節角指令
S2と前記補正たわみ角S6を加え、補正関節角指令S
7を出力する加算器5と、前記補正関節角指令S7を入
力し、前記アーム12の手先目標位置(S8)を出力す
るアーム手先位置姿勢導出器6と、から構成されてい
る。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be carried out by appropriately modifying it without departing from the scope of the invention. (Summary of Embodiment) The configuration, operation and effect shown in the embodiment are summarized as follows. The arm tip position calibration device shown in the embodiment includes an arm target position posture S that is a target of the hand position of the arm 12.
The gravity torque S3 is obtained by using the arm simulator 2 which inputs 1 and outputs the joint angle command S2 using the arm model, and the arm simulator 2 which inputs the joint angle command S2 and outputs the gravity torque. According to the joint stiffness function 33 which outputs the stiffness constant of the joint, the stiffness constant S4 of the joint is determined, and the deflection angle S5 is derived from the determined gravity torque S3 and the stiffness constant S4 of the joint. And a deflection angle compensator 4 for reducing a model error included in the deflection angle due to the gravity torque S3 and outputting a corrected deflection angle S6, and adding the joint angle command S2 and the corrected deflection angle S6 to correct the deflection angle. Joint angle command S
7 and an arm hand position / posture deriving device 6 which inputs the corrected joint angle command S7 and outputs the hand target position (S8) of the arm 12.

【0037】このように上記アーム手先位置キャリブレ
ーション装置においては、アーム目標位置姿勢S1に係
る関節角指令S2から求めた重力トルクS3に応じて関
節の剛性定数S4を求め、前記重力トルクS3と前記関
節の剛性定数S4からたわみ角S5を導出し、そのたわ
み角S5に含まれるモデル誤差分を低減した補正たわみ
角S6と前記関節角指令S2を加え、アーム12の手先
目標位置(S8)を出力するので、前記アーム12を駆
動し、既知点位置とアーム手先位置との誤差から求めら
れるたわみ角に重力トルクS3と関節剛性定数S4から
求められるたわみ角S5が合うように、前記たわみ角補
正器4内に各関節毎の補正係数を設定し、たわみ角S5
を補正することによりモデル誤差を低減することができ
る。
As described above, in the arm hand position calibration device, the stiffness constant S4 of the joint is obtained according to the gravity torque S3 obtained from the joint angle command S2 related to the arm target position / posture S1, and the gravity torque S3 and the gravity torque S3 are obtained. Deflection angle S5 is derived from joint stiffness constant S4, corrected deflection angle S6 in which the model error included in deflection angle S5 is reduced, and joint angle command S2 are added, and the target end position (S8) of arm 12 is output. Therefore, the deflection angle corrector is driven so that the deflection angle S5 obtained from the gravity torque S3 and the joint stiffness constant S4 matches the deflection angle obtained from the error between the known point position and the arm hand position. Set the correction coefficient for each joint in 4 and set the deflection angle S5
The model error can be reduced by correcting

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明のアーム手先位置キャリブレーシ
ョン装置によれば、重力トルクを求めるのに用いるモデ
ルパラメータ誤差と関節の剛性定数誤差を低減すること
ができる。そして、モデル誤差が低減できることから、
補正したたわみ角を目標関節角に加えることで、アーム
手先位置と目標位置の偏差を低減することができ、精度
の良いアーム手先位置のキャリブレーションを行なうこ
とが可能になる。
According to the arm hand position calibration device of the present invention, it is possible to reduce the error in the model parameter used to obtain the gravitational torque and the error in the stiffness constant of the joint. And since the model error can be reduced,
By adding the corrected deflection angle to the target joint angle, the deviation between the arm hand position and the target position can be reduced, and the arm hand position can be accurately calibrated.

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

【図1】本発明に実施の形態に係るアーム手先位置キャ
リブレーション装置の構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an arm hand position calibration device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明に実施の形態に係る重力トルクたわみ角
導出器の構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a gravity torque deflection angle deriving device according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来のアーム手先位置キャリブレーション装置
の構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional arm hand position calibration device.

【図4】従来のアーム手先位置キャリブレーション装置
における重力トルクたわみ角導出器の構成を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a gravity torque deflection angle deriving device in a conventional arm hand position calibration device.

【符号の説明】 1…キャリブレーション装置 2…アームシミュレータ 3…重力トルクたわみ角導出器 4…たわみ角補正器 5…加算器 6…アーム手先位置・姿勢導出器 7…減算器 8…コントローラ 9…アーム手先位置・姿勢導出器 10…関節角速度指令導出器 11…関節駆動アンプ 12…アーム 13…ヤコビ行列導出器 14…逆ヤコビ行列導出器 31…関節重力トルク導出器 32…除算器 33…関節剛性関数部 20…キャリブレーション装置 30…重力トルクたわみ角導出器[Explanation of Codes] 1 ... Calibration device 2 ... Arm simulator 3 ... Gravity torque deflection angle deriving device 4 ... Deflection angle correcting device 5 ... Adder 6 ... Arm hand position / posture deriving device 7 ... Subtractor 8 ... Controller 9 ... Arm hand position / posture derivation device 10 ... Joint angular velocity command derivation device 11 ... Joint drive amplifier 12 ... Arm 13 ... Jacobian matrix derivation device 14 ... Inverse Jacobian matrix derivation device 31 ... Joint gravity torque derivation device 32 ... Divider 33 ... Joint stiffness Function part 20 ... Calibration device 30 ... Gravity torque deflection angle deriving device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アームの手先位置の目標であるアーム目標
位置姿勢を入力し、アームモデルを用いて関節角指令を
出力するアームシミュレータと、 前記関節角指令を入力し重力トルクを出力するアームモ
デルを用いて重力トルクを求め、この重力トルクに応じ
て関節の剛性定数を出力する関節剛性関数により関節の
剛性定数を求め、求められた前記重力トルクと前記関節
の剛性定数から、たわみ角を導出する重力トルクたわみ
角導出器と、 前記重力トルクによるたわみ角に含まれるモデル誤差分
を低減し、補正たわみ角を出力するたわみ角補正器と、 前記関節角指令と前記補正たわみ角を加え、補正関節角
指令を出力する加算器と、 前記補正関節角指令を入力し、前記アームの手先目標位
置を出力するアーム手先位置姿勢導出器と、 を具備したことを特徴とするアーム手先位置キャリブレ
ーション装置。
1. An arm simulator for inputting an arm target position / posture which is a target of an arm end position and outputting a joint angle command using an arm model, and an arm model for inputting the joint angle command and outputting a gravity torque. The gravitational torque is obtained by using, and the stiffness constant of the joint is obtained by the joint stiffness function that outputs the stiffness constant of the joint according to this gravitational torque, and the deflection angle is derived from the obtained gravitational torque and the stiffness constant of the joint. A gravitational torque deflection angle deriving device, a deflection angle corrector that reduces the model error included in the deflection angle due to the gravitational torque, and outputs a corrected deflection angle, and adds the joint angle command and the corrected deflection angle to correct the deflection angle. An adder that outputs a joint angle command; and an arm hand position / posture deriving device that inputs the corrected joint angle command and outputs a hand target position of the arm. Arm tip position calibration apparatus, characterized in that the.
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