JPH09179632A - Flexible controller for robot - Google Patents
Flexible controller for robotInfo
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- JPH09179632A JPH09179632A JP35057095A JP35057095A JPH09179632A JP H09179632 A JPH09179632 A JP H09179632A JP 35057095 A JP35057095 A JP 35057095A JP 35057095 A JP35057095 A JP 35057095A JP H09179632 A JPH09179632 A JP H09179632A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は，ロボット等の柔軟制御
装置に関し、特に作業座標系での力，トルク設定値をも
とに関節を駆動するサーボモータの発生力を制限するこ
とが可能なロボットの柔軟制御装置、また特に位置速度
制御系のゲインを制限する、あるいはトルク制限値によ
り関節を駆動するサーボモータの発生力を制限すること
によって、外力が加えられた場合その力に柔軟に倣うロ
ボットの柔軟制御装置、さらには特に位置速度制御系の
ゲインを制御する、あるいはトルク制御により関節を駆
動するサーボモータの発生力を制限することによって、
ロボットを外力に対して柔軟に制御する装置における柔
軟制御系の持つ柔軟性を変化させるロボットの柔軟制御
装置、さらにまたロボットの柔軟制御においてサーボ偏
差を監視し、正常に作業が行われない場合に、作業の中
断あるいは作業の変更を行いうるサーボ制御のロボット
等の柔軟制御装置に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flexible control device for a robot or the like, and in particular, it is possible to limit the generated force of a servo motor that drives a joint based on the force and torque set values in the work coordinate system. When an external force is applied, it flexibly follows the force by limiting the gain of the flexible control device of the robot, especially the position / speed control system, or limiting the generated force of the servomotor that drives the joint by the torque limit value. By controlling the gain of the flexible control device of the robot, and more particularly the position / speed control system, or limiting the generated force of the servo motor that drives the joint by torque control,
A flexible control device for a robot that changes the flexibility of a flexible control system in a device that flexibly controls a robot against external force. , A flexible control device such as a servo-controlled robot capable of interrupting work or changing work.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のロボットの１つは図１４に示すよ
うな位置、速度制御系にて制御が行われていた。このよ
うな制御系でワークとの接触を伴うような作業を行う
際、ワークの位置ずれなどがあると、剛性を高くするた
めに大きく設定されたゲインや積分器の作用により、大
きなトルクを発生することで過負荷状態になり作業の遂
行が困難になる。このような問題に対して作用力を吸収
するフロート装置やＲＣＣなどの専用の機械的治具や、
力センサを用いた力制御方式が行われていた［従来例
１］。また，近年ロボットに特別な装置を付加すること
なく柔軟な制御を行う方式として、特開平6-332538号公
報［従来例２・図１５］の様にサーボゲインを低下する
方式、また特開平7ー20941 号公報［従来例３・不図示］
に示すように作業座標系での柔らかさの設定が可能な方
式が開示されている。2. Description of the Related Art One of conventional robots is controlled by a position / speed control system as shown in FIG. When performing work involving contact with the work in such a control system, if the work is misaligned, a large torque is generated due to the effect of the gain and the integrator that are set to increase rigidity. By doing so, it becomes overloaded and it becomes difficult to perform the work. Dedicated mechanical jigs such as a float device and RCC that absorb the action force against such problems,
A force control method using a force sensor has been performed [Conventional Example 1]. Further, in recent years, as a system for performing flexible control without adding a special device to a robot, a system for reducing servo gain as in Japanese Patent Laid-Open No. 6-332538 [Prior Art 2 / FIG. 15], and Japanese Patent Laid-Open No. -20941 Publication [Prior art example 3 (not shown)]
As shown in, a method is disclosed in which the softness can be set in the work coordinate system.
【０００３】ところで、従来例２は、サーボモータで駆
動される被駆動体を人力で移動させ、障害物を回避させ
ることができるようにする柔軟なサーボ制御方法で、柔
軟制御が開始されると、ポジションゲインＫp(110a) 、
速度制御ループの比例ゲインＫv(112a) を設定柔らかさ
の度合いに応じて低下させる。また、速度制御ループの
積分器113 の出力を設定クランプ値(121) ［図１６に図
示］にリミットする。その結果、位置偏差が増大しても
トルク指令は格別大きな値とはならないので、このサー
ボモータで駆動される被駆動体を人力で移動させること
ができる。被駆動体の移動経路中に障害物が有る場合
に、人力でこの障害物を回避させて移動させることがで
きるとする技術である。By the way, the conventional example 2 is a flexible servo control method in which a driven body driven by a servo motor can be manually moved to avoid an obstacle, and the flexible control is started. , Position gain Kp (110a),
The proportional gain Kv (112a) of the speed control loop is reduced according to the degree of set softness. Further, the output of the integrator 113 of the speed control loop is limited to the set clamp value (121) [illustrated in FIG. 16]. As a result, since the torque command does not have a particularly large value even if the position deviation increases, the driven body driven by this servomotor can be moved manually. This is a technique that enables the driven body to be moved by avoiding the obstacle manually when there is an obstacle in the movement path of the driven body.
【０００４】また、従来例３は、作業座標上での柔らか
さの設定により、各軸に組み込まれたロボットのサーボ
系のゲインの変更を可能とする柔軟なサーボ制御方法
で、位置制御ループおよび速度制御ループを備える制御
系で制御されるサーボモータの制御方法において、サー
ボモータが位置する作業座標上において指定した柔らか
さを、該サーボモータの各軸におけるサーボゲインＫp
(110a) ，Ｋv(112a) に変換し、該変換したサーボゲイ
ンＫp ，Ｋv によりサーボモータを駆動し、該サーボモ
ータで駆動される被駆動体を手動で移動可能とする技術
である。Further, the prior art example 3 is a flexible servo control method which makes it possible to change the gain of the servo system of the robot incorporated in each axis by setting the softness on the work coordinates. In a control method of a servo motor controlled by a control system including a speed control loop, the softness designated on the work coordinates where the servo motor is located is determined by the servo gain Kp in each axis of the servo motor.
(110a), Kv (112a), the servo motor is driven by the converted servo gains Kp, Kv, and the driven body driven by the servo motor can be manually moved.
【０００５】さらにまた、ループゲインを低減する代わ
りに位置速度系の出力制限を設け、一定以上の外力が作
用した場合に姿勢が変化するロボットの柔軟制御系があ
る［従来例４・図１６］。そのほかに、文献「力センサ
を用いないダイレクト・ドライブ・マニピュレータのイ
ンピーダンス制御」舘, 榊、日本ロボット学会誌,7-3,p
p.172-184,1989に記述されているように位置制御ルー
プ，速度制御ループ，加速度制御ループを独立に設け、
それぞれを加算した結果をモータへのトルク指令とする
制御方式において、それぞれのゲインを調整することで
機械的な剛性，粘性，質量であるインピーダンス制御方
式が示されている［従来例５・図１７］。Furthermore, instead of reducing the loop gain, there is a flexible control system for a robot in which the output is limited to the position / speed system, and the posture changes when an external force above a certain level is applied [Prior art example 4, FIG. 16]. . In addition, literature "Impedance control of a direct drive manipulator without using force sensor", Tate, Sakaki, Journal of the Robotics Society of Japan, 7-3, p
As described in p.172-184,1989, the position control loop, the velocity control loop, and the acceleration control loop are provided independently,
In a control method in which the result of adding each is used as a torque command to the motor, an impedance control method of mechanical rigidity, viscosity, and mass is shown by adjusting each gain [Conventional example 5, FIG. ].
【０００６】そして、従来例６・図１８はロボットの制
御装置で従来から良く用いられているモータの位置制御
系を表す。位置制御系では摩擦や外力に対抗して位置決
めを行うため速度制御ループゲインＫｖ，位置ループゲ
インＫｐをできるだけ高く設定する。また、積分器を比
例ゲインと並列に置くことによりさらにその特性が高ま
るよう制御が行われている。このような制御方式により
外力が作用する条件下でもサーボモータを目標とする位
置に正確に位置決めを行うことができる。以上のような
高い剛性を有する従来の制御方法にかわり、従来例７・
図１９に示すように上記の積分器を除去あるいは積分値
を制限し、制御ゲインを低減することにより外部からサ
ーボ系に力が作用した場合にモータあるいはモータに結
合した負荷が柔軟に動く制御方法が行われている。FIG. 18 of Conventional Example 6 shows a position control system of a motor which has been often used in a conventional robot controller. In the position control system, the speed control loop gain Kv and the position loop gain Kp are set as high as possible in order to perform positioning against friction and external force. Also, by placing an integrator in parallel with the proportional gain, control is performed so that its characteristics are further enhanced. With such a control method, the servo motor can be accurately positioned at a target position even under the condition that an external force acts. Instead of the conventional control method having high rigidity as described above, the conventional example 7
As shown in FIG. 19, by removing the integrator or limiting the integrated value to reduce the control gain, the control method in which the motor or the load coupled to the motor moves flexibly when a force acts on the servo system from the outside. Is being done.
【０００７】また、制御ゲインを変更することなく、出
力トルクを制限し外力に対して柔軟に動く従来例８・図
２０で示すような制御方式がある。上記の柔軟制御方式
により、たとえばロボットにおいてはロボットに外部の
機械から力が作用しロボット側で柔軟に受けとめるよう
な作業や、ロボットにより部品を把持し押しつけるよう
な用途、また、ハンドリング時にロボットが障害物に衝
突したような場合に必要以上の力が作用しないようにす
るなどの作業に用いられている。Further, there is a control system as shown in FIG. 20 of the prior art 8 in which the output torque is limited and the output torque is flexibly moved without changing the control gain. Due to the above-mentioned flexible control method, for example, in a robot, a force is applied to the robot from an external machine so that the robot can flexibly receive it, an application in which the robot grips and pushes a component, and the robot is obstructed during handling. It is used for work such as preventing excessive force from being applied in the event of a collision.
【０００８】それから、従来の制御方式として従来例２
・図１５［特開平6-332538号公報］のように、速度制御
系の積分器の出力に制限を設けると共に、設定された柔
らかさに応じてループゲインを低減する方法が開示され
ている。しかも、ループゲインを低減する代わりに位置
速度制御系の出力制限を設け、一定以上の外力が作用し
た場合に姿勢が変化するロボットの柔軟制御系がある
［従来例６・図１７］。Then, as a conventional control method, a conventional example 2
As shown in FIG. 15 [JP-A-6-332538], a method is disclosed in which the output of the integrator of the speed control system is limited and the loop gain is reduced according to the set softness. Moreover, there is a flexible control system for a robot in which the output is limited to the position / speed control system instead of reducing the loop gain, and the posture changes when an external force above a certain level is applied [Conventional example 6 / FIG. 17].
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところが，従来例１・
図１４の専用治具や力センサを付加［治具・センサにつ
いては不図示］する方式ではコストが増大するという問
題点があった。また、従来例２・図１５及び従来例３・
図１６ではサーボゲインを低減する方式が用いられてい
るが、これらの方式では複数のサーボゲインをある関係
を保ちながら調整する必要がある。さらに、サーボ偏差
が増大するとサーボモータの発生トルクが比例的に増大
するため、外界から作用する機械等のストロークが大き
な場合に対応できない。However, the conventional example 1
The method of adding the dedicated jig and the force sensor of FIG. 14 [the jig and the sensor are not shown] has a problem that the cost is increased. Further, conventional example 2 and FIG. 15 and conventional example 3
Although the method of reducing the servo gain is used in FIG. 16, in these methods, it is necessary to adjust a plurality of servo gains while maintaining a certain relationship. Further, as the servo deviation increases, the torque generated by the servo motor increases proportionally, so that it is not possible to deal with the case where the stroke of a machine or the like acting from the outside is large.
【００１０】さらに、従来例３・図１６では作業座標系
における柔軟性を制御する方式を開示しているが、関節
座標系の変位と作業座標系の変位を対応させることによ
りゲインを求める必要があるため、演算関係式が煩雑な
ため演算負荷が大きく、ロボットの姿勢の変化に対して
連続的にゲインを求めることができない。特に、特異点
近傍など、関節角と作業座標間での変位の対応関係の変
化率が大きなロボット姿勢ではＣＰＵの演算負荷が大き
く、ロボットの姿勢変化に対して実時間での演算が行え
ず、連続的なゲインの演算が困難なためロボットの柔ら
かさがロボットの姿勢により大幅に異なることがあるな
どの問題点を有している。Further, although the conventional example 3 and FIG. 16 disclose a method of controlling the flexibility in the work coordinate system, it is necessary to obtain the gain by associating the displacement of the joint coordinate system with the displacement of the work coordinate system. Therefore, since the calculation relational expression is complicated, the calculation load is large, and the gain cannot be continuously obtained with respect to the change in the posture of the robot. In particular, in the robot posture in which the change rate of the correspondence relationship between the joint angle and the work coordinate is large, such as in the vicinity of a singular point, the CPU calculation load is large, and the calculation cannot be performed in real time with respect to the robot posture change. Since it is difficult to continuously calculate the gain, there is a problem in that the softness of the robot may greatly differ depending on the posture of the robot.
【００１１】次に、従来例２・図１５の制御系のループ
ゲインを低減する方式では、外力によりロボットを動か
す場合の機械的インピーダンスにおいて、剛性および粘
性に関する制御を行うことは可能であるが、ロボットが
本来有しているロボットアームの質量やロボット先端に
付加された質量分に関して低減することができない。従
って、外力によりロボットアームを加速する時の反力を
低減することができず、軽い力で動くような柔軟性を実
現することができなかった。これは従来例６・図１６の
位置速度制御系の出力制限を設ける方法でも同様であ
る。Next, with the method of reducing the loop gain of the control system shown in FIG. 15 of the conventional example 2, it is possible to control the rigidity and viscosity of the mechanical impedance when the robot is moved by an external force. The mass of the robot arm originally possessed by the robot and the mass added to the tip of the robot cannot be reduced. Therefore, the reaction force when accelerating the robot arm by the external force cannot be reduced, and the flexibility of moving with a light force cannot be realized. This also applies to the method of providing output limitation of the position / speed control system of Conventional Example 6 and FIG.
【００１２】また、従来例５・図１７の舘，榊の方法に
おいては従来の位置制御の間で簡単に移行することがで
きない。すなわち，制御ループの構成が異なっているこ
とにより、位置制御と柔軟制御との切り替えを、状態量
の連続性を保ったまま行うことが困難であった。それか
ら従来例６〜従来例８・図１８〜図２０の方式では、外
部から押され許容値以上の変位を行う場合の保護手段が
なかった。このため、たとえばロボットに於いては以下
に述べるような問題があった。 Ａ. 外部機器からロボットが押され動作域からはずれた
り、これにより周囲の機器等にぶつかるなどの障害を与
える。 Ｂ. ハンドリングで規定以上の重量物を把持することで
重力方向に変形し、Ａと同様な問題が生ずる。Further, in the conventional example 5 and the method of Tachi and Sakaki in FIG. 17, it is not possible to easily shift between the conventional position controls. That is, it is difficult to switch between the position control and the flexible control while maintaining the continuity of the state quantity because of the difference in the configuration of the control loop. Then, in the conventional example 6 to the conventional example 8 and the method of FIGS. 18 to 20, there is no protection means for the case of being displaced from the outside by being pressed from the outside. Therefore, for example, a robot has the following problems. A. The robot is pushed by an external device and moves out of the operating range, which causes obstacles such as hitting peripheral devices. B. When handling a heavy object that exceeds the specified weight, it deforms in the direction of gravity, causing the same problem as in A.
【００１３】また、従来例６，従来例７，従来例８おい
ては、柔軟制御をより有効に生かすための以下のような
方策を行う手段を持たなかった。 Ｃ. ハンドリングにおいて重量により生ずる変位を基に
ハンドリング物体を判別し、以降の作業計画を変更す
る。 Ｄ. 物体との衝突を検知して、作業の実行手順を変え
る。すなわち、力が作用して異常な状態になっているこ
とを知るための情報、どの程度の力が作用しているかの
情報，力により目標の軌道からどのくらいずれているか
等を検知する手段がなかった。したがって、外部から力
を受け、柔軟に変位した場合に、ロボットを停止させ
る。外部機器を停止させる、ロボット等の運動計画を変
更する等の処置を施すことが不可能であった。Further, in the conventional example 6, the conventional example 7, and the conventional example 8, there is no means for performing the following measures for more effectively utilizing the flexible control. C. In handling, the handling object is discriminated based on the displacement caused by the weight, and the work plan thereafter is changed. D. Detect the collision with an object and change the work execution procedure. That is, there is no means for detecting the information to know that the force is in an abnormal state due to the force, the information on how much force is being applied, and how much the force is moving from the target trajectory. It was Therefore, the robot is stopped when it receives a force from the outside and is flexibly displaced. It was impossible to take measures such as stopping the external equipment and changing the motion plan of the robot.
【００１４】さらに、従来例２・図１５の制御系のルー
プゲインを低減する方式や、従来例８・図２０の位置速
度制御系の出力制限を設ける方法では、例えば作業者が
動作中のロボットに接触したりアーム間に挟みこまれた
場合や、ロボットが他の物体に接触した場合に、位置速
度制御系の指令と検出値の偏差が大きくなるため、ロボ
ットはより危険な状況を生じる方向に動作を維持し、作
業者は危険な状態から脱出が非常に困難であり、ロボッ
ト自体や他の物体の破損を引き起こしていた。Further, in the method of reducing the loop gain of the control system of the conventional example 2 and FIG. 15 and the method of providing the output limit of the position / speed control system of the conventional example 8 and FIG. 20, for example, a robot in which an operator is operating. If the robot is in contact with the robot or is caught between the arms, or if the robot touches another object, the deviation between the command of the position / speed control system and the detected value becomes large, so the robot is in a more dangerous situation. It was very difficult for the worker to escape from a dangerous state, causing damage to the robot itself and other objects.
【００１５】そこで本発明は、１自由度で１つの変数の
柔軟性設定と、ストロークの大きな変位が可能で、しか
も単純な座標変換で作業座標系での柔軟制御を行うロボ
ットの柔軟制御装置を提供することを第１の目的とす
る。また本発明は、位置速度制御系のゲインを制限す
る、あるいはトルク制限値により関節を駆動するサーボ
モータの発生力を制限することによって、外力が加えら
れた場合その力に柔軟に倣うロボットの柔軟制御で、よ
り一層の柔軟性を得るロボットの柔軟制御装置を提供す
ることを第２の目的とする。Therefore, the present invention provides a flexible control device for a robot, which can set flexibility of one variable with one degree of freedom, can perform large displacement of a stroke, and can perform flexible control in a working coordinate system by simple coordinate conversion. The first purpose is to provide. Further, the present invention limits the gain of the position / speed control system, or limits the generated force of the servo motor that drives the joint by the torque limit value, so that the flexibility of the robot that flexibly follows the force when an external force is applied. A second object of the present invention is to provide a flexible control device for a robot that can obtain even greater flexibility in control.
【００１６】さらに本発明は、外力が加えられた場合、
その力に柔軟に倣うロボットの柔軟制御装置、特に位置
速度制御系のゲインを制御するあるいはトルクを制御す
ることにより関節を駆動するサーボモータの発生力を制
限して、ロボットを外力に対して柔軟に制御させ、安全
性及び作業が正しく遂行されているかどうかの監視が行
われる手段を提供することを第３の目的とする。Further, the present invention is such that when an external force is applied,
A flexible control device for a robot that flexibly follows that force, especially by limiting the generated force of the servo motor that drives the joint by controlling the gain of the position / speed control system or controlling the torque, to make the robot flexible against external force. A third object is to provide a means for controlling the safety and monitoring of safety and whether the work is performed correctly.
【００１７】さらにまた本発明は、柔軟制御中に作業者
が動作中のロボットに接触したり、アーム間に挟み込ま
れた場合やロボットが他の物体に接触した場合でも、作
業者とロボットの安全を確保するロボットの柔軟制御装
置を提供することを第４の目的とする。Further, according to the present invention, the safety of the worker and the robot is ensured even when the worker comes into contact with the operating robot during flexible control, is caught between the arms, or comes into contact with another object. A fourth object of the present invention is to provide a flexible control device for a robot that secures the above.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決する下記の手段から構成される。すなわち、第１
の目的を達成するため、ロボットの関節部を駆動するサ
ーボモータのトルクを制御する手段と、関節角度を計測
する手段と、該計測した関節角度情報をもとに一般的に
ヤコビアンと呼ばれる座標系間の微小変位関係を演算す
る手段と、作業座標系で設定した力もしくはトルクの限
界値をヤコビアンの転置行列を用いることにより関節角
トルク限界値に変換する手段と、該トルク限界値を用い
ることによりロボットの出力トルクを制限する手段を備
えるとしたものであり、１自由度で１つの変数の柔軟性
設定と、ストロークの大きな変位が可能で、しかも単純
な座標変換で作業座標系での柔軟制御を行えるロボット
の柔軟制御装置が得られる。The present invention comprises the following means for solving the above problems. That is, the first
In order to achieve the above object, a means for controlling the torque of a servo motor for driving a joint part of a robot, a means for measuring a joint angle, and a coordinate system generally called Jacobian based on the measured joint angle information. Using a means for calculating a minute displacement relationship between the two, a means for converting a force or torque limit value set in the work coordinate system into a joint angle torque limit value by using the transposed matrix of the Jacobian, and using the torque limit value By this means, a means for limiting the output torque of the robot is provided, and the flexibility setting of one variable in one degree of freedom, the large displacement of the stroke is possible, and the flexibility in the working coordinate system by simple coordinate conversion. A flexible controller for a robot that can be controlled is obtained.
【００１９】第２の目的を達成するため、モータの制御
系における位置制御ゲイン，速度制御ゲインを変化させ
得る手段を有し、速度制御ループ中の比例積分制御での
積分器の出力を制限し、速度制御ゲイン乗算の後段であ
るトルク指令にモータの加速度を定数倍した帰還制御手
段を設けその出力を新たなトルク指令とすること、ま
た、前記トルク指令を一定値に制限する手段を設け、さ
らにモータの加速度を定数倍した帰還制御手段を備えて
その出力を新たなトルク指令とすることから成るとした
ものであり、外力が加えられた場合その力に柔軟に倣う
ロボットの柔軟制御装置が得られる。In order to achieve the second object, a means for changing the position control gain and the speed control gain in the motor control system is provided, and the output of the integrator in the proportional-plus-integral control in the speed control loop is limited. A feedback control means for multiplying a motor command acceleration by a constant to a torque command, which is a subsequent stage of the speed control gain multiplication, and uses the output as a new torque command; and a means for limiting the torque command to a constant value, In addition, a feedback control means for multiplying the acceleration of the motor by a constant is provided and the output thereof is used as a new torque command, and a flexible control device for a robot that flexibly follows the force when an external force is applied is provided. can get.
【００２０】第３の目的を達成するため、位置制御系の
角度指令値と現在角度の偏差と設定値とを比較し、その
結果を基にモータを停止させる、外部に信号を出力す
る、またサーボ系の動作計画の変更を行う手段を有し、
また、作業座標系での偏差を求めることから成るとした
ものであり、柔軟制御系の持つ柔軟性を変化させると共
に、作業対象の座標系と比較する設定値の座標系を同一
にすることができ、これにより比較するための設定値を
容易に設定することが可能なロボットの柔軟制御装置が
得られる。In order to achieve the third object, the angle command value of the position control system is compared with the deviation of the present angle and the set value, and the motor is stopped based on the result, and a signal is output to the outside. It has a means to change the operation plan of the servo system,
Further, it is configured to calculate the deviation in the work coordinate system, and it is possible to change the flexibility of the flexible control system and make the coordinate system of the set value to be compared with the coordinate system of the work target the same. Therefore, the flexible control device of the robot capable of easily setting the set value for comparison can be obtained.
【００２１】第４の目的を達成するため、位置制御ルー
プと速度制御ループを有するロボットの関節を駆動する
モータの制御系において、位置制御ゲイン，速度制御ゲ
インを変化させうる手段と、位置，速度，方向の指令情
報と検出情報及び前記情報の演算結果に基づいて前記位
置制御ゲイン，速度ゲインを別の状態に変化させうる手
段を有するもの、また比例制御と積分器の出力の加算結
果であるトルク指令を制限する手段と、位置，速度，方
向の指令情報と検出情報及び前記情報の演算結果に基づ
いて前記トルク制限を変化させうる手段を有するとした
ものであり、柔軟制御中に作業者が動作中のロボットに
接触したり、アーム間に挟み込まれた場合やロボットが
他の物体に接触した場合でも、作業者とロボットの安全
を確保するロボットの柔軟制御装置が得られる。In order to achieve the fourth object, in a control system of a motor for driving a joint of a robot having a position control loop and a speed control loop, a means for changing the position control gain and the speed control gain, and a position and a speed. , Which has means for changing the position control gain and the velocity gain to different states based on the direction command information and the detection information and the calculation result of the information, and the addition result of the proportional control and the output of the integrator. A means for limiting the torque command and a means for changing the torque limit on the basis of the command information of the position, speed and direction, the detection information and the calculation result of the information are provided, and the worker is provided during the flexible control. Robot to ensure the safety of the operator and the robot even when the robot touches the moving robot, is caught between the arms, or contacts the robot. Flexible control device is obtained.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ロボットの関節部を駆動するサーボモータのトルク
を制御する手段と、前記関節部の関節角度を計測する手
段と、前記計測による前記関節角度の情報をもとに座標
系間の微小変位関係を演算する手段と、作業座標系で設
定した力もしくはトルクの限界値を前記微小変位対応関
係を用いることにより関節角トルク限界値に変換する手
段と、前記関節角トルク限界値を用いてロボットの出力
トルクを制限する手段と、を備えたことを特徴とするロ
ボットの柔軟制御装置としたものであり、作業座標系で
の力およびトルクを関節座標系のトルクの限界値に変換
することにより，外界から作用する力作業座標系の限界
値以上の力に対して柔軟な運動を行えるという作用を有
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention comprises means for controlling the torque of a servomotor for driving a joint portion of a robot, means for measuring a joint angle of the joint portion, and the measurement. The means for calculating the minute displacement relationship between the coordinate systems based on the information of the joint angle according to the above, and the limit value of the force or torque set in the working coordinate system by using the minute displacement correspondence relationship And a means for limiting the output torque of the robot by using the joint angle torque limit value, and a flexible control apparatus for the robot, comprising: By converting the torque and the torque into the limit value of the torque of the joint coordinate system, there is an effect that a flexible motion can be performed with respect to a force applied from the outside that exceeds the limit value of the force work coordinate system.
【００２３】本発明の請求項２に記載の発明は、ロボッ
トの関節部を駆動するサーボモータの制御系の前記関節
角度の指令値を用いることにより、前記作業座標系と関
節座標系の前記微小対応関係を求めることを特徴とする
請求項１記載のロボットの柔軟制御装置としたものであ
り、関節角の位置の情報を用いた単純な座標変換で作業
座標系での柔軟制御を可能にするという作用を有する。According to a second aspect of the present invention, by using the command value of the joint angle of the control system of the servo motor that drives the joint portion of the robot, the minute coordinates of the work coordinate system and the joint coordinate system are reduced. The flexible control device for a robot according to claim 1, wherein the correspondence is obtained, and the flexible control in the working coordinate system is enabled by a simple coordinate conversion using the information of the position of the joint angle. Has the effect of.
【００２４】本発明の請求項３に記載の発明は、位置制
御ループと速度制御ループを有するロボットの関節部を
駆動するサーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟
制御装置において、位置制御ゲイン，速度制御ゲインを
変化させうる手段と、前記速度制御ループ中の比例積分
制御における積分器の出力を制限する手段と、前記サー
ボモータの回転加速度を検出または演算により求める手
段と、前記速度制御ゲイン乗算の後段で前記サーボモー
タの加速度を定数倍した帰還制御手段と、を備えたこと
を特徴とするロボットの柔軟制御装置としたものであ
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a flexible control device for a robot having a servomotor control system for driving a joint part of a robot having a position control loop and a velocity control loop, the position control gain, Means for changing the speed control gain, means for limiting the output of the integrator in proportional-plus-integral control in the speed control loop, means for detecting or calculating the rotational acceleration of the servo motor, and the speed control gain multiplication A flexible control device for a robot, characterized in that: a feedback control means for multiplying the acceleration of the servo motor by a constant at a subsequent stage.
【００２５】この請求項３に記載の発明は、第１の方法
に於いては外力が作用した場合，ロボットの姿勢が位置
指令からずれはじめるため、位置偏差，速度偏差が生じ
ることになるが、位置制御ゲイン，速度制御ゲイン，積
分器の出力が小さいためトルク指令は低く抑えられ、ロ
ボットアームは外力が加えられた方向に動くことにな
り、その時、演算等により求められたモータの加速度は
定数倍されて前記トルク指令に加算されることになり、
外力により動く時の加速度に併せてモータのトルクが発
生することから、見かけ上慣性が変化し、柔軟制御では
ロボットの運動方向に加算する方向で補償トルクを発生
し、実際のアームの持っている慣性より軽い感覚で外部
より動かすことができることで、柔軟性が向上するとい
う作用を有する。According to the third aspect of the present invention, in the first method, when an external force acts, the posture of the robot starts to deviate from the position command, so that position deviation and speed deviation occur. Since the position control gain, speed control gain, and integrator output are small, the torque command is kept low, and the robot arm moves in the direction in which the external force is applied. At that time, the motor acceleration obtained by calculation etc. is a constant. It will be multiplied and added to the torque command,
Since the torque of the motor is generated along with the acceleration when moving by an external force, the inertia changes apparently, and in the flexible control, the compensation torque is generated in the direction to be added to the movement direction of the robot, and the actual arm has it. Since it can be moved from the outside with a feeling lighter than inertia, it has the effect of improving flexibility.
【００２６】本発明の請求項４に記載の発明は、位置制
御ループと速度制御ループを有するロボットの関節部を
駆動するサーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟
制御装置において、前記速度制御ループ中の比例積分制
御における積分器の出力を制限する手段と、比例制御と
前記積分器の出力の加算結果であるトルク指令を制限す
るトルク制限器と、前記モータの回転加速度を検出また
は演算により求める手段と、前記トルク制限器の後段で
前記サーボモータの加速度を定数倍した帰還制御手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装置
としたものであり、これによりロボットの柔軟性が向上
するという作用を有する。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a flexible control device for a robot, comprising a servomotor control system for driving a robot joint having a position control loop and a velocity control loop. Means for limiting the output of the integrator in the proportional-plus-integral control, a torque limiter for limiting the torque command that is the addition result of the proportional control and the output of the integrator, and the rotational acceleration of the motor is detected or calculated. Means and feedback control means, which is a constant multiple of the acceleration of the servomotor in the latter stage of the torque limiter, are provided as a flexible control device for a robot. It has the effect of improving.
【００２７】本発明の請求項５に記載の発明は、速度制
御器と積分制御の加算手段の後段に重力あるいは摩擦ト
ルクを補償する手段を備えたことを特徴とする請求項３
または請求項４記載のロボットの柔軟制御装置としたも
のであり、ロボットの種々の姿勢の変化でも重力方向に
落下を起こしたりすることのなく、かつ柔軟性が向上す
るという作用を有する。The invention according to claim 5 of the present invention is characterized in that means for compensating gravity or friction torque is provided after the speed controller and the adding means for integral control.
Alternatively, the flexible control device for a robot according to claim 4 has an effect that the flexibility is improved without causing a drop in the direction of gravity even when the posture of the robot is changed in various ways.
【００２８】本発明の請求項６に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを有するロボットのサー
ボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装置にお
いて、位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度と
の差を設定値と比較する手段と、該比較結果をもとに前
記サーボモータの運動を停止する手段と、を備えたこと
を特徴とするロボットの柔軟制御装置としたものであ
る。請求項６に記載の発明は、位置偏差の値が設定値と
比較して大きな場合、安全と判断されず、ロボットの緊
急停止を行うという作用を有する。According to a sixth aspect of the present invention, in a flexible controller for a robot having a control system for a servomotor for a robot having a position control loop and a speed control loop, a target position angle and the servomotor A flexible control device for a robot, comprising: a means for comparing a difference from a current angle with a set value; and a means for stopping the motion of the servo motor based on the comparison result. . The invention according to claim 6 has an effect that when the value of the position deviation is larger than the set value, it is not judged to be safe and the robot is stopped urgently.
【００２９】本発明の請求項７に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを有するロボットのサー
ボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装置にお
いて、位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度と
の差を設定値と比較する手段と、該比較結果をサーボ装
置から外部機器に出力する手段と、を備えたことを特徴
とするロボットの柔軟制御装置としたものであり、位置
偏差の値が設定値と比較して大きな場合、ロボットの入
出力接点を用いて外部機器に信号を送る（外部機器の停
止などを行う）という作用を有する。According to a seventh aspect of the present invention, in a flexible controller for a robot equipped with a control system for a robot servomotor having a position control loop and a velocity control loop, a target position angle and the servomotor A flexible controller for a robot comprising means for comparing a difference from a current angle with a set value, and means for outputting the comparison result from a servo device to an external device. If the value of is larger than the set value, it has the effect of sending a signal to an external device (for example, stopping the external device) using the input / output contacts of the robot.
【００３０】本発明の請求項８に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループをを有するロボットのサ
ーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装置に
おいて、位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度
との差を設定値と比較する手段と、該比較結果をもとに
サーボ制御の処理を変更する手段と、を備えたことを特
徴とするロボットの柔軟制御装置としたものであり、位
置偏差の情報をもとにロボットソフトの条件分岐を行う
という作用を有する。According to an eighth aspect of the present invention, in a flexible control device for a robot provided with a control system for a servo motor for a robot having a position control loop and a velocity control loop, a target position angle and the servo motor are provided. And a means for comparing the difference between the present angle and the current angle with a set value, and means for changing the servo control processing based on the comparison result. , Has the effect of performing conditional branching of the robot software based on the information on the position deviation.
【００３１】本発明の請求項９に記載の発明は、位置制
御ループおよび速度制御ループを複数有するロボットの
サーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装置
において、作業座標における目標値と前記サーボモータ
の現在値から求められる作業座標系現在値との差を設定
値と比較する手段と、該比較結果をもとに前記サーボモ
ータの運動を停止する手段と、を備えたことを特徴とす
るロボットの柔軟制御装置としたものであり、作業座標
系現在値に基づくサーボモータの停止が可能という作用
を有する。According to a ninth aspect of the present invention, in a flexible control device for a robot having a control system for a servo motor for a robot having a plurality of position control loops and velocity control loops, a target value at work coordinates and the servo are provided. A means for comparing a difference from a current value of the work coordinate system obtained from the current value of the motor with a set value, and means for stopping the motion of the servomotor based on the comparison result. This is a flexible control device for the robot, and has an effect of stopping the servo motor based on the current value of the work coordinate system.
【００３２】本発明の請求項１０に記載の発明は、位置
制御ループおよび速度制御ループを複数有するロボット
のサーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装
置において、作業座標における目標値とサーボモータの
現在値から求められる作業座標系現在値との差を設定値
と比較する手段と、該比較結果をサーボ装置から外部機
器に出力する手段と、を備えたことを特徴とするロボッ
トの柔軟制御装置としたものであり、位置制御ループお
よび速度制御ループを複数備える制御系でも、位置偏差
の値が設定値と比較して大きな場合、ロボットの入出力
接点を用いて外部機器に信号を送る（外部機器の停止な
どを行う）という作用を有する。According to a tenth aspect of the present invention, in a flexible controller for a robot having a control system for a servo motor for a robot having a plurality of position control loops and velocity control loops, a target value at work coordinates and a servo motor are provided. Flexible control of the robot, comprising means for comparing the difference between the current value of the work coordinate system and the current value of the work coordinate system with a set value, and means for outputting the comparison result from the servo device to an external device. Even in a control system having a plurality of position control loops and velocity control loops, if the position deviation value is larger than the set value, a signal is sent to an external device using the robot input / output contact ( It has the effect of stopping external equipment).
【００３３】本発明の請求項１１に記載の発明は、位置
制御ループおよび速度制御ループを複数有するロボット
のサーボモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装
置において、作業座標における目標値とサーボモータの
現在値から求められる作業座標系現在値との差を設定値
と比較する手段と、該演算結果をもとにサーボ制御の処
理を変更する手段と、を備えたことを特徴とするロボッ
トの柔軟制御装置としたものであり、位置制御ループお
よび速度制御ループを複数備える制御系でも、位置偏差
の情報をもとにロボットソフトの条件分岐を行うという
作用を有する。According to an eleventh aspect of the present invention, in a flexible control apparatus for a robot having a robot servo motor control system having a plurality of position control loops and speed control loops, a target value at work coordinates and a servo motor are provided. Of the current value of the work coordinate system obtained from the present value of the robot, and means for changing the servo control process based on the calculation result. This is a flexible control device, and even a control system including a plurality of position control loops and velocity control loops has the action of performing conditional branching of robot software based on position deviation information.
【００３４】本発明の請求項１２に記載の発明は、位置
制御ループを有するロボットの関節部を駆動するモータ
の制御系を備えたロボットの柔軟制御装置において、位
置制御ゲイン，速度制御ゲインを変化させうる手段と、
位置，速度，方向の指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果に基づいて前記位置制御ゲイン，前記速度ゲイ
ンを別の状態に変化させうる手段と、を備えたことを特
徴とするロボットの柔軟制御装置としたものであり、作
業者やロボットの安全を確保するという作用を有する。According to a twelfth aspect of the present invention, in a flexible controller for a robot having a motor control system for driving a joint portion of a robot having a position control loop, the position control gain and the speed control gain are changed. Means that can
A flexible robot which is provided with: means for changing the position control gain and the speed gain to different states based on the command information and detection information of the position, speed and direction and the calculation result of the information. This is a control device, and has the function of ensuring the safety of workers and robots.
【００３５】本発明の請求項１３に記載の発明は、位置
制御ループと速度制御ループを有するロボットの関節を
駆動するモータの制御系を備えたロボットの柔軟制御装
置において、比例制御と積分器の出力の加算結果である
トルク指令を制限する手段と、位置，速度，方向の指令
情報と検出情報及び前記情報の演算結果に基づいて前記
トルク指令を制限する手段を変化させうる手段と、を備
えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装置としたも
のであり、指令情報と検出情報及び前記情報の演算結果
から、前記位置制御ゲイン，速度ゲインを変化させてト
ルク指令を更に低く抑え、作業者やロボットの安全を確
保するという作用を有する。According to a thirteenth aspect of the present invention, in a flexible controller for a robot having a motor control system for driving a joint of a robot having a position control loop and a velocity control loop, a proportional control and an integrator are provided. A means for limiting the torque command which is the result of the addition of the output, and means for changing the means for limiting the torque command based on the command information of the position, speed and direction, the detection information and the calculation result of the information. A flexible control device for a robot, characterized in that the position control gain and the speed gain are changed from the command information, the detection information, and the calculation result of the information to further suppress the torque command. And has the effect of ensuring the safety of the robot.
【００３６】本発明の請求項１４に記載の発明は、前記
速度制御ループ中の比例制御と積分制御の加算手段の後
に重力あるいは摩擦トルクを補償する手段をを備えたこ
とを特徴とする請求項１２または請求項１３記載のロボ
ットの柔軟制御装置としたものであり、重力あるいは摩
擦トルクを補償してロボットの種々の姿勢の変化でも重
力方向に落下を防止したり、作業者が動作中のロボット
に接触したりアーム間に挟み込まれた場合や、ロボット
が他の物体に接触した場合に、前記トルク制限を変化さ
せたりして、総合的に作業者やロボットの安全を確保す
るという作用を有する。次に、本発明の各実施の形態に
ついて図面に基づいて説明する。図面において同一符号
は同一部材もしくは相当部材とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided means for compensating gravity or friction torque after the addition means for proportional control and integral control in the speed control loop. A flexible controller for a robot according to claim 12 or claim 13, wherein gravity or friction torque is compensated to prevent the robot from falling in the direction of gravity even when the posture of the robot is changed, and the robot is in motion by an operator. Has the effect of changing the torque limit when the robot is touched by the robot or is sandwiched between the arms, or when the robot touches another object, thus ensuring the safety of the operator and the robot as a whole. . Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same members or corresponding members.
【００３７】（実施の形態１）この実施の形態１は、ロ
ボットの関節角度の計測情報から、関節・作業座標系間
の微少変位関係を演算し、関節角限界値を求めて出力ト
ルクを制限する手段である。つまり、ロボットの柔軟制
御におけるトルク制限方式といえる。図１は、本発明の
実施の態様１における作用の一つの概念を表す回路構成
を示す図である。また図２は、本発明の実施の態様１に
おける作用の他の概念を表す回路構成を示す図である。
図１及び図２において、100 は第１軸制御系、200 は第
２軸制御系、300 は第３軸制御系、n00 は第ｎ軸制御
系、101aはトルク指令、101bはトルク指令、102はトル
ク制限器、103 は修正トルク指令、104 はサーボアンプ
( トルク制御) 、105 はサーボモータ、106 は位置検出
器、107 は作業座標力・トルク限界設定手段、108 はヤ
コビアンの転置行列ＪT の演算手段である。(Embodiment 1) In Embodiment 1, a micro displacement relationship between a joint and a working coordinate system is calculated from measurement information of a joint angle of a robot, and a joint angle limit value is calculated to limit an output torque. Is a means to do. In other words, it can be said that it is a torque limiting method in flexible control of a robot. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration showing one concept of the operation in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration showing another concept of the operation in the first embodiment of the present invention.
1 and 2, 100 is a first axis control system, 200 is a second axis control system, 300 is a third axis control system, n00 is an nth axis control system, 101a is a torque command, 101b is a torque command, 102 Is a torque limiter, 103 is a modified torque command, and 104 is a servo amplifier.
(Torque control), 105 is a servo motor, 106 is a position detector, 107 is a work coordinate force / torque limit setting means, and 108 is a Jacobian transposed matrix J T calculation means.
【００３８】以下，本発明の具体的実施例を図３に示し
て説明する．図３は、具体的回路構成を表すブロック図
である。図３において、110 は位置制御ゲイン［Ｋp ］
回路、111 は速度制御ゲイン［Ｋv ］回路、116 はトル
ク制限器、117 は重力補償器、118 はトルク変換定数回
路、119 はロボットなどの機械系［Ｊはイナーシャ，ｓ
はラプラス演算子，Ｄは動摩擦係数］、120 は積分回路
［速度，位置関係を示す］である。A specific embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a specific circuit configuration. In FIG. 3, 110 is a position control gain [Kp]
Circuit, 111 is a speed control gain [Kv] circuit, 116 is a torque limiter, 117 is a gravity compensator, 118 is a torque conversion constant circuit, 119 is a mechanical system such as a robot [J is inertia, s
Is a Laplace operator, D is a coefficient of dynamic friction], and 120 is an integrator circuit [indicating velocity and positional relationship].
【００３９】この実施の態様１における図３は、従来の
位置制御系［図１４・従来例１］に本発明の柔軟制御系
を適用した制御ブロック図を表している。位置制御の内
部ループは通常比例積分制御が行われるが、定常的に作
用する重力などの力は静的力補償要素により補償される
ものとする。通常位置制御状態では位置制御ループおよ
び速度制御ループの作用により外部より作用する力によ
り変位が生じにくい。これは外部より印加される力によ
り指令値との偏差が大きく設定されたゲイン倍されてモ
ータトルクが発生されることによる。FIG. 3 in the first embodiment shows a control block diagram in which the flexible control system of the present invention is applied to the conventional position control system [FIG. 14 / conventional example 1]. The inner loop of the position control is normally subjected to proportional-plus-integral control, but the force such as gravity that constantly acts is compensated by the static force compensation element. In the normal position control state, displacement is less likely to occur due to the force applied from the outside by the action of the position control loop and the speed control loop. This is because the externally applied force causes the deviation from the command value to be multiplied by the set gain to generate the motor torque.
【００４０】ここで、発生トルクをトルク指令の段階で
制限を行うことで外部から作用する力に対してロボット
が柔軟な動作を行うことができる。すなわち制限してい
るトルクより大きなトルクが外部から作用した場合、ロ
ボットの関節は運動を始めることになる。またここで設
定しているトルクの制限値は、関節座標系でのトルクの
制限値である。従って、先端の作業位置での力の制限は
ロボットの姿勢に依存して変化することになる。そこ
で、ロボットの現在の状態を検出し、その値を基に一般
的にヤコビアンと呼ばれる関節座標系と作業座標系の微
小変位の対応関係をもとめ、その転置行列を算出するこ
とにより作業座標系における力の限界値から関節座標系
におけるトルクの限界値を算出することが可能である。Here, by limiting the generated torque at the stage of the torque command, the robot can perform a flexible operation with respect to a force applied from the outside. That is, when a torque larger than the limited torque acts from the outside, the joint of the robot starts to move. The torque limit value set here is the torque limit value in the joint coordinate system. Therefore, the restriction of the force at the working position of the tip changes depending on the posture of the robot. Therefore, the current state of the robot is detected, and based on that value, the correspondence between the joint displacement, which is generally called the Jacobian, and the small displacement in the working coordinate system is determined, and the transposed matrix is calculated to calculate the transposed matrix. The torque limit value in the joint coordinate system can be calculated from the force limit value.
【００４１】たとえば６自由度のロボットでのヤコビア
ンの転置の算出式等は下記の［数１］で示す（１）式〜
（４）式で表される。For example, the calculation formula of the transposition of the Jacobian in the robot having 6 degrees of freedom is expressed by the following equation (1).
It is expressed by equation (4).
【数１】 ロボットの姿勢の変化に対して（１），（４）式の演算
を行い、常に関節トルクの制限値を求めていくことによ
り、ロボットの全動作領域で（２）式に示される力，ト
ルクの限界値を有したロボットの柔軟制御を実行するこ
とができる。また、（１）式はロボットの姿勢により変
化する値であり、特異点の近傍では急激な変化を示すこ
とがあるが、一般的に各要素の値はサーボの演算を行う
ＣＰＵのサンプリング速度に比較すると変化は遅い。従
って（１）式の演算負荷は小さく抑えることが可能であ
り、ロボットの姿勢変化に伴う実時間演算を行うことが
可能である。[Equation 1] By calculating the formulas (1) and (4) with respect to the change of the robot posture and always finding the limit value of the joint torque, the force and torque shown in the formula (2) can be calculated in the entire motion range of the robot. It is possible to execute flexible control of a robot having a limit value of. Further, the expression (1) is a value that changes depending on the posture of the robot, and it may show a sudden change in the vicinity of the singular point, but in general, the value of each element depends on the sampling speed of the CPU that performs servo calculation. Compared to the change, it is slow. Therefore, the calculation load of the equation (1) can be suppressed to be small, and the real-time calculation according to the posture change of the robot can be performed.
【００４２】作業座標系での柔軟性は（２）式の制限値
のみにより決定される。すなわち１自由度にたいして１
個の変数を決めることで柔軟性を制御することができ
る。また、ロボットが発生する力，及びトルクは変位に
比例することがないため、外部から作用する機械類のス
トロークが大きな場合にも柔軟的にロボットが変化する
ことが可能である。The flexibility in the working coordinate system is determined only by the limit value of the equation (2). Ie 1 for 1 degree of freedom
Flexibility can be controlled by defining individual variables. Further, since the force and torque generated by the robot are not in proportion to the displacement, the robot can flexibly change even when the stroke of the machinery acting from the outside is large.
【００４３】（実施の形態２）本発明の実施の形態２
は、従来の柔軟制御方式にさらに加速度制御ループを付
加する方式である。実施の形態２としての柔軟制御系
は、例えば従来例２・図１５または従来例４・図１６に
加速度制御ループを加えた柔軟制御方式である。図４
は、実施の形態２の第１の手段における概要的な回路構
成を示すブロック図である。(Embodiment 2) Embodiment 2 of the present invention
Is a system in which an acceleration control loop is added to the conventional flexible control system. The flexible control system as the second embodiment is, for example, a flexible control system in which an acceleration control loop is added to the conventional example 2 and FIG. 15 or the conventional example 4 and FIG. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic circuit configuration in the first means of the second embodiment.
【００４４】図４において、20は柔軟制御系( 位置速度
制御系) 、114 は外力、119aはロボットなどの機械系、
120aは積分回路、122 は加速度演算器、124 は回転加速
度フィードバックゲイン［Ｊ’］回路、125 は速度検出
( 演算) 回路、126 は位置検出器である。ここでの第１
の手段は、モータの制御系において、位置制御ゲイン，
速度制御ゲインを変化させ得る手段を有し、速度制御ル
ープ中の比例積分制御での積分器の出力を制限し、速度
制御ゲイン乗算の後段であるトルク指令にモータの加速
度を定数倍した帰還制御手段を設けその出力を新たなト
ルク指令とすることを特徴とする。In FIG. 4, 20 is a flexible control system (position / speed control system), 114 is an external force, 119a is a mechanical system such as a robot,
120a is an integrating circuit, 122 is an acceleration calculator, 124 is a rotational acceleration feedback gain [J '] circuit, and 125 is a speed detection.
(Calculation) circuit, 126 is a position detector. The first here
Means is a position control gain,
Feedback control in which the output of the integrator in the proportional-plus-integral control in the speed control loop is limited, and the torque command, which is the latter stage of the speed control gain multiplication, is multiplied by the constant of the motor acceleration, is provided. It is characterized in that means is provided and the output thereof is a new torque command.
【００４５】また、第２の手段［図５，図６］では、第
１の手段と同様な制御ループを構成するモータの制御系
において、速度制御器の後段のトルク指令を一定値に制
限する手段を設け、さらにモータの加速度を定数倍した
帰還制御手段を備えてその出力を新たなトルク指令とす
ることを特徴とする。図５及び図６において、115 は微
分器［速度検出手段］、121,121aはトルク制限器、127
は加速度検出器、128 はエンコーダである。以上の手段
において重力の補償や摩擦の補償を目的とした積分器を
用い、柔軟性を損なわない程度にその値を制限する。た
だし、重力演算的に補償されていたり、小さく無視でき
る程度ならば積分値の制限は０であっても構わない。上
記の手段で加速度は検出器により直接検出されるか、ま
たはエンコーダなどの位置検出器の差分等により求める
ことができる。Further, in the second means [FIGS. 5 and 6], in the control system of the motor which constitutes the same control loop as the first means, the torque command at the latter stage of the speed controller is limited to a constant value. Means is provided, and further feedback control means for multiplying the acceleration of the motor by a constant is provided to output the output as a new torque command. 5 and 6, 115 is a differentiator [speed detecting means], 121 and 121a are torque limiters, 127
Is an acceleration detector and 128 is an encoder. In the above means, an integrator for the purpose of gravity compensation and friction compensation is used, and its value is limited to the extent that flexibility is not impaired. However, the limit of the integral value may be 0 as long as it is compensated by gravity calculation or is small and negligible. The acceleration can be directly detected by the detector by the above means, or can be obtained by the difference between the position detectors such as encoders.
【００４６】また、重力トルクはロボットの質量，重心
位置等のパラメータを用いた演算等により算出し、最終
的なアンプに出力するトルク指令に加算することにより
補償される。以下に本発明の具体的実施の形態２の回路
構成を図５，図６に示して説明する。つまり、図５，図
６ともに第２の方法の具体的実施形態を表している。図
５は加速度の検出手段としてモータ軸の回転加速度検出
器を用いた場合、図６は位置検出器から加速度を演算に
より算出する手段を示している。対象のロボットとし
て、２自由度の水平方向に動作するスカラタイプロボッ
トの第１軸に適用した例を示している。なお、第２軸に
関しても同様な制御系を構成することができる。The gravitational torque is calculated by calculation using parameters such as the mass of the robot and the position of the center of gravity, and added to the final torque command output to the amplifier to compensate. A specific circuit configuration of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. That is, FIG. 5 and FIG. 6 both show a specific embodiment of the second method. FIG. 5 shows a means for calculating the acceleration from the position detector when the rotational acceleration detector of the motor shaft is used as the acceleration detecting means. As the target robot, an example is shown in which it is applied to the first axis of a SCARA type robot that moves horizontally in two degrees of freedom. A similar control system can be configured for the second axis.
【００４７】いま、仮にモータの位置速度制御器の出力
を０とする。図５，図６の場合ともに外力としてＴのト
ルクが作用しているものとし、モータとアームを合わせ
たイナーシャをＪとする。また制御系の回転加速度のフ
ィードバックゲインをＪ’とし、発生する加速度をαと
すると以下の（５）式の関係が成立する。 α＝Ｔ／（Ｊ−Ｊ’） （５） すなわち、外力により本来のイナーシャよりも見かけ上
のイナーシャは低減される。ただし、ここでは加速度検
出部とアンプ部の出力の遅れは無視できるものとしてい
るが、若干の遅れは目的とする慣性変動に大きな影響を
与えない。Now, assume that the output of the motor position / speed controller is zero. In both cases of FIG. 5 and FIG. 6, it is assumed that torque T acts as an external force, and the inertia of the motor and the arm is J. Further, when the feedback gain of the rotational acceleration of the control system is J ′ and the generated acceleration is α, the relationship of the following expression (5) is established. α = T / (J−J ′) (5) That is, the external inertia reduces the apparent inertia from the original inertia. However, although it is assumed here that the delay in the outputs of the acceleration detection unit and the amplifier unit can be ignored, a slight delay does not significantly affect the desired inertial fluctuation.
【００４８】つぎに、フィードバックゲインＪ’の定め
方に関して述べる。２自由度ロボットの場合では第２軸
の運動により、第１軸から見た慣性は変動する。そのた
め１軸目の実イナーシャＪの値が変動することになる
が、制御による慣性の減少量は加速度のフィードバック
ゲインのみにより定まる量になるため、ロボット可動範
囲の慣性変動を考慮し、適当な値を定める。すなわち、
Ｊ−Ｊ’の値が負の値にならないように、また速度制御
系のループゲインができるだけ変動しないようにように
Ｊ’を決定することなる。また、ロボットの姿勢によら
ず一定の慣性を維持するようにするためには、ロボット
の運動にあわせてＪ’を変化させることで、見かけ上の
慣性も一定値を維持することができる。Next, how to determine the feedback gain J'will be described. In the case of a two-degree-of-freedom robot, the inertia seen from the first axis changes due to the movement of the second axis. Therefore, the value of the actual inertia J on the first axis fluctuates, but the amount of inertia reduction due to the control is an amount that is determined only by the feedback gain of the acceleration. Determine. That is,
J'is determined so that the value of JJ 'does not become a negative value and the loop gain of the speed control system does not fluctuate as much as possible. Further, in order to maintain a constant inertia regardless of the posture of the robot, the apparent inertia can be maintained at a constant value by changing J ′ according to the movement of the robot.
【００４９】以上により、外力が作用した場合の見かけ
上の慣性を小さく制御することができ、従来の柔軟制御
に比較して柔軟性が大きく向上する。また、外力に対し
て見かけ上の慣性が小さく制御できることは、ロボット
が周囲の物体へ衝突等が生じた場合の作用力が小さくな
ることを意味する。このためロボット制御時の安全性を
向上することも可能になる。しかも、制御系の構造は従
来の位置速度系と基本的に代わっていないため、柔軟制
御系から位置制御系，位置制御系から柔軟制御系に移行
する場合も制御系の構造自体の変更を行う必要がない。As described above, it is possible to control the apparent inertia when an external force acts, and the flexibility is greatly improved as compared with the conventional flexible control. In addition, the fact that the apparent inertia can be controlled to be small with respect to the external force means that the acting force is small when the robot collides with a surrounding object. Therefore, it is possible to improve the safety during robot control. Moreover, since the structure of the control system is basically the same as that of the conventional position / speed system, the structure itself of the control system is changed even when shifting from the flexible control system to the position control system or from the position control system to the flexible control system. No need.
【００５０】そのため，制御系の移行を行う場合にも制
御量が連続的に変化することにより、ロボットアームの
急激で不連続な運動を伴うことがない。加速度の検出方
法に関して述べると、図５で示しているような直接検出
方式としてモータに直結された回転加速度センサが挙げ
られる。また、ロボットに取付られた多軸並進加速度セ
ンサの出力を回転方向に分解することで求めることも可
能である。Therefore, even when the control system is changed, the control amount is continuously changed, so that abrupt and discontinuous movement of the robot arm does not occur. The acceleration detection method will be described. As a direct detection method as shown in FIG. 5, a rotational acceleration sensor directly connected to a motor can be used. It is also possible to find the output of the multi-axis translational acceleration sensor attached to the robot by decomposing it in the rotational direction.
【００５１】また、図６で示しているような加速度検出
器以外の方法として以下のような方法が考えられる。 1) タコジェネレータなど速度センサの微分 2) エンコーダ信号のＦ／Ｖ変換後の微分 3) エンコーダ信号の差分 一般的に良好な加速度信号を得ることは困難であった
が、近年のエンコーダ分解能の増大、信号の多点差分、
周波数帯域を限定した疑似微分器等を用いることによ
り、精度と応答性の良い加速度信号を得ることが可能に
なってきた。The following method can be considered as a method other than the acceleration detector shown in FIG. 1) Differentiation of speed sensor such as tachogenerator 2) Differentiation of encoder signal after F / V conversion 3) Difference of encoder signal Generally, it was difficult to obtain a good acceleration signal, but recent increase of encoder resolution , Multi-point difference of signals,
By using a pseudo differentiator with a limited frequency band, it has become possible to obtain an acceleration signal with high accuracy and responsiveness.
【００５２】上記ロボットでは水平方向に運動するスカ
ラタイプのロボットに適用した場合の例を示している
が、重力方向の運動成分を有する場合には、図４で示す
ように重力方向の成分を演算的に補償すること、また、
速度を検出することで摩擦を補償することにより柔軟な
制御系を構成することができる。以上は２軸スカラロボ
ットの柔軟制御方式に関して述べたが、３自由度以上を
有する多関節ロボットに対しても同様に適用することが
できる。The above-mentioned robot is shown as an example in which it is applied to a scalar type robot that moves in the horizontal direction. However, when it has a motion component in the gravity direction, the gravity direction component is calculated as shown in FIG. Compensation, and
A flexible control system can be configured by compensating for friction by detecting speed. The above has described the flexible control system of the two-axis SCARA robot, but the same can be applied to a multi-joint robot having three or more degrees of freedom.
【００５３】（実施の形態３）この実施の形態３は、柔
軟制御における位置の偏差を監視し、ロボットの非常停
止，外部機器への情報出力，作業計画の変更等に基づき
危険回避や外力監視制御を可能にする手段である。本発
明の実施の形態３の一つの例を図７に基づいて説明す
る。図７は、モータの制御系の１軸分あるいは作業座標
系の１方向分を示す回路構成を表すブロック図である。
図７において、129 は位置偏差、130 は作業座標系設定
値、131 は比較手段、132 はブレーキ回路・外部出力・
作業計画判断等を行う手段である。(Third Embodiment) In the third embodiment, the position deviation in the flexible control is monitored, and danger avoidance and external force monitoring are performed based on emergency stop of the robot, output of information to external equipment, change of work plan, etc. It is a means that enables control. One example of the third embodiment of the present invention will be described based on FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration showing one axis of the motor control system or one direction of the work coordinate system.
In FIG. 7, 129 is a position deviation, 130 is a work coordinate system set value, 131 is a comparison means, 132 is a brake circuit / external output,
It is a means for making work plan decisions.
【００５４】ここで，従来の技術の項で述べたような柔
軟制御を行うものとする。すなわち、位置制御ゲイン，
速度制御ゲインであるＫp ，Ｋv を低減する、あるいは
トルク制限を実行することとする。これによりロボット
の負荷側から作用された力に応じてロボットが姿勢変化
を起こす。これはロボットの制御系の位置指令からは、
ずれたロボットの姿勢をとることを意味する。従って、
そのずれ量は各サーボモータ角度と指令値との偏差より
求めることができる。Here, it is assumed that the flexible control as described in the section of the prior art is performed. That is, the position control gain,
The speed control gains Kp and Kv are reduced or the torque limit is executed. This causes the robot to change its posture according to the force applied from the load side of the robot. From the position command of the robot control system,
It means to take the posture of the robot which is shifted. Therefore,
The amount of deviation can be obtained from the deviation between each servo motor angle and the command value.
【００５５】上述の説明は回転軸の変位としてとらえた
場合であるが、 1) 作業座標系サーボ、 2) 関節角の順変換と逆変換前の指令値、あるいは、 3) 関節角と作業座標サーボの微小変位の対応関係（ヤ
コビアン行列）を用いても関節座標系以外の座標系にお
ける指令値との偏差を求めることが可能である。以上の
ように求めた偏差をすでに定められた設定値と比較する
ことにより、安全な運転状態かどうかの判断を行う。偏
差の値が設定値と比較して大きな場合、安全と判断され
ず、以下のいづれかの処置を施す。The above description is based on the case of the displacement of the rotation axis. 1) Work coordinate system servo, 2) Command value before forward conversion and reverse conversion of joint angle, or 3) Joint angle and work coordinate. It is also possible to obtain the deviation from the command value in a coordinate system other than the joint coordinate system by using the correspondence (Jacobian matrix) of the small displacement of the servo. By comparing the deviation obtained as described above with the preset value, it is determined whether or not the driving state is safe. If the deviation value is larger than the set value, it is not judged to be safe and one of the following measures is taken.
【００５６】作業の種類により異なるが、ロボットの緊
急停止を行うもの、ロボットの入出力接点を用いて外部
機器に信号を送るもの（外部機器の停止などを行う）、
偏差の情報をもとにロボットソフトの条件分岐を行うも
のがある。特に、問題が発生しない場合には通常の動作
に移行することになる。また、上記のような異常の判断
だけではなく、偏差の情報を基にロボットの先端に作用
する力の推定を行い、ハンドリング物体の選別等を行
い、把持した物体によりロボットの動作パターンを変更
する等、外力に応じた処理を行う。Depending on the type of work, an emergency stop of the robot is performed, a signal is sent to an external device using the input / output contact of the robot (external device is stopped),
Some robots perform conditional branching of robot software based on deviation information. In particular, when no problem occurs, the operation shifts to normal operation. In addition to the above abnormality determination, the force acting on the tip of the robot is estimated based on the deviation information, the handling object is selected, and the movement pattern of the robot is changed according to the grasped object. Etc. according to the external force.
【００５７】本発明を多自由度ロボットに適用し、作業
座標系の複数の座標の偏差を監視する制御系の一回路構
成例を、図８に示す。図８において、133 は逆変換回
路、134 は複数の他軸よりの情報、135 は順変換回路で
ある。本発明の実施の形態３の他の例を表す図８は、作
業座標系で偏差を求める場合、作業座標系のサーボ系を
構成し、その偏差を求める方法が最も簡単に構成できる
が、ここでは産業用ロボットで最も一般的に用いられて
いる関節位置サーボ系を利用した構成を示している。FIG. 8 shows an example of a circuit configuration of a control system for applying the present invention to a multi-degree-of-freedom robot and monitoring deviations of a plurality of coordinates of a work coordinate system. In FIG. 8, 133 is an inverse conversion circuit, 134 is information from a plurality of other axes, and 135 is a forward conversion circuit. FIG. 8, which represents another example of the third embodiment of the present invention, is the simplest method of forming a servo system of the working coordinate system and obtaining the deviation when finding the deviation in the working coordinate system. Shows the configuration using the joint position servo system that is most commonly used in industrial robots.
【００５８】この図８で、作業座標系位置指令は通常ロ
ボットのベースを基準にした直交座標系にとり、並進量
と姿勢量のうちいくつかの偏差を設定値と比較する。そ
の結果により以下1)〜3)の処理を選択的に行ったり，複
数の操作を同時に行う。 1) ロボットの各軸のブレーキによる非常停止の実行 2) 外部接点への信号出力 3) ソフトウェアに基づく作業計画の分岐等In FIG. 8, the work coordinate system position command is normally in a rectangular coordinate system based on the base of the robot, and some deviations of the translation amount and the posture amount are compared with the set value. Depending on the result, the following steps 1) to 3) are selectively performed or multiple operations are performed simultaneously. 1) Execution of emergency stop by braking each axis of the robot 2) Output of signals to external contacts 3) Branching of work plans based on software, etc.
【００５９】図９では、ソフトウェアによる作業計画の
変更を行う場合の例を示す。位置制御で作業を行った後
［ステップ１］、柔軟制御に移行し［ステップ２・
３］、柔軟制御中のサーボ偏差を監視する［ステップ
４］。設定値(setＸ) より偏差 (ＸＥＲＲ) が大きくな
った場合には、物体に衝突等を起こした異常状態と判定
し［ステップ８］、初期姿勢に戻る［ステップ９］。正
常に作業が行われた場合［ステップ５］、すなわち偏差
過大を起こさなかった時には［ステップ５］、次の予定
された作業に移る［ステップ６・７］。FIG. 9 shows an example in which the work plan is changed by software. After working with position control [Step 1], shift to flexible control [Step 2
3], the servo deviation during the flexible control is monitored [step 4]. When the deviation (XERR) becomes larger than the set value (setX), it is determined that the object is in an abnormal state where a collision or the like has occurred [step 8] and the initial posture is returned [step 9]. When the work is normally performed [step 5], that is, when the deviation is not excessively large [step 5], the next scheduled work is performed [steps 6 and 7].
【００６０】（実施の形態４）この実施の形態４は、ロ
ボットの柔軟制御において、制御状態量からロボットの
接触や挟み込みなどの異常検出を行い、制御ゲインやト
ルク制限値を変化・低下させて、人力での脱出を可能に
し、重力と摩擦の補償を行う手段である。図１０は、本
発明の実施の態様４における基本的構成を示すブロック
図である。図１０において、11は位置検出値、20は柔軟
制御系( 位置速度制御系) 、21は制御状態量、30は状態
判断手段、31は柔軟性設定値、117aは重力補償値、117b
は摩擦補償値である。以下本発明の実施の形態４の回路
構成を具体的に、図１１，図１２にブロック図で示して
説明する。(Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, in the flexible control of the robot, abnormality such as contact or pinching of the robot is detected from the control state quantity, and the control gain or the torque limit value is changed / decreased. , Is a means of enabling human escape and compensating for gravity and friction. FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, 11 is a position detection value, 20 is a flexible control system (position speed control system), 21 is a control state quantity, 30 is a state determination means, 31 is a flexibility set value, 117a is a gravity compensation value, 117b.
Is a friction compensation value. The circuit configuration of the fourth embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the block diagrams of FIGS. 11 and 12.
【００６１】図１１は、柔軟制御系に位置制御ゲイン，
速度制御ゲインを変化させる手段を用いた装置であり、
図１２は柔軟制御系に比例制御と積分器の出力の加算結
果であるトルク指令を制御する手段を用いた方式を示し
ている。図１１において、図示しない上位のコントロー
ラから入力された位置指令と、ロボットの各駆動部分又
は各関節部分に設けられた位置検出器128 により、検出
された位置検出値及び微分器115 を経た速度検出値に基
づいて、柔軟制御系20内でモータのトルク指令（発生ト
ルク）を算出する。なお、22a は柔軟性設定器、136 は
重力補償器、137 は摩擦補償器である。FIG. 11 shows a position control gain in the flexible control system,
A device using means for changing the speed control gain,
FIG. 12 shows a system using a proportional control and a means for controlling a torque command which is a result of addition of outputs of an integrator in a flexible control system. In FIG. 11, a position command input from a higher-level controller (not shown) and a position detector 128 provided at each drive part or each joint part of the robot detect the detected position and the velocity detection through the differentiator 115. The torque command (generated torque) of the motor is calculated in the flexible control system 20 based on the value. 22a is a flexibility setting device, 136 is a gravity compensator, and 137 is a friction compensator.
【００６２】通常の柔軟制御を行う場合には、柔軟性設
定器22a においてロボット105 のアームを通常動作させ
るのに必要な最小限の位置制御ゲイン設定値，速度制御
ゲイン設定値を演算し、可変位置制御ゲイン110a，可変
速度制御ゲイン111aに設定する。ここで、速度制御ルー
プ内の比例制御の出力であるトルク指令に、各関節の位
置と各アームの重心位置から各関節中心の距離と、各ア
ームの質量から重力補償器136 内で計算された各アーム
に作用する重力の補償トルクと、各関節の速度検出値か
ら摩擦補償器137 内で計算された各関節の駆動部分に作
用する摩擦の補償トルクを加算することにより、柔軟制
御系から出力されるトルク指令をより小さくすることが
できる。When performing ordinary flexible control, the flexibility setting unit 22a calculates the minimum position control gain setting value and the minimum velocity control gain setting value necessary for the normal operation of the arm of the robot 105, and changes them. Position control gain 110a and variable speed control gain 111a are set. Here, the torque command, which is the output of the proportional control in the speed control loop, is calculated in the gravity compensator 136 from the position of each joint, the distance from the center of gravity of each arm to the center of each joint, and the mass of each arm. Output from the flexible control system by adding the gravity compensation torque that acts on each arm and the friction compensation torque that acts on the drive part of each joint calculated in the friction compensator 137 from the speed detection value of each joint. The torque command to be applied can be made smaller.
【００６３】この加算後のトルク指令をサーボアンプ10
4 で増幅してロボット105 が駆動される。ここで、柔軟
制御系20内の制御状態量である位置偏差，速度検出値，
速度偏差の微分値を柔軟設定器22a で常時監視し、ロボ
ット動作が異常であると判断された場合には位置制御ゲ
イン設定値，速度制御ゲイン設定値を最小値または零に
して、可変位置制御ゲイン110a，可変速度制御ゲイン11
1aにそれらを設定する構成である。The torque command after this addition is sent to the servo amplifier 10
The robot 105 is driven after being amplified by 4. Here, the position deviation, which is the control state quantity in the flexible control system 20, the speed detection value,
The differential value of the speed deviation is constantly monitored by the flexible setter 22a, and if it is determined that the robot operation is abnormal, the position control gain setting value and the speed control gain setting value are set to the minimum value or zero, and the variable position control is performed. Gain 110a, variable speed control gain 11
It is a configuration that sets them to 1a.
【００６４】上記のように構成された制御方式の判断フ
ローについて、図１３に示して述べる。例えば、ロボッ
ト105 のアームが作業者や他の物体に接触したり、アー
ム側に作業者が挟み込まれた場合に、外力がロボット10
5 に作用することでロボット105 の姿勢が位置指令から
ズレ始め、位置偏差の増大［ステップＡ］，速度検出値
の低下［ステップＢ］，速度偏差の微分値（加速度）の
符号が負を生じる［ステップＣ］ようになる。この時、
位置偏差と速度検出値が予め設定された規定値よりも大
きくなり［ステップＡでＹＥＳ］、速度検出値が規定値
以下になって［ステップＢでＹＥＳ］、さらに速度偏差
の微分値が負になった場合［ステップＣでＹＥＳ］に異
常検出と判断し、柔軟制御系の柔軟性を減少させるよう
に位置制御ゲイン設定値，速度制御ゲイン設定値を最小
値または零にして、可変位置制御ゲイン110a，可変速度
制御ゲイン111aに設定する。The decision flow of the control method configured as described above will be described with reference to FIG. For example, when the arm of the robot 105 comes into contact with a worker or another object, or when the worker is caught in the arm side, an external force is applied to the robot 10.
By acting on 5, the posture of the robot 105 starts to shift from the position command, the position deviation increases [step A], the speed detection value decreases [step B], and the sign of the differential value (acceleration) of the speed deviation becomes negative. [Step C] becomes like this. At this time,
The position deviation and the speed detection value become larger than the preset specified values [YES in step A], the speed detection value becomes less than the specified value [YES in step B], and the differential value of the speed deviation becomes negative. If [YES in step C], it is determined that an abnormality has been detected, and the position control gain setting value and speed control gain setting value are set to the minimum value or zero to reduce the flexibility of the flexible control system, and the variable position control gain is set. Set 110a and variable speed control gain 111a.
【００６５】これにより、柔軟制御系からのモータのト
ルク指令は最小若しくは零になり、ロボットは異常判断
が行われた時点での姿勢を保った状態で静止するように
なる。この時、重力トルクと摩擦トルクをトルク指令に
加算していることで、ロボット105 が重力によって落下
することがなく、ロボット105 の静止後に作業者が入力
でロボット105 を動作させることができるようになる。
図１２の柔軟制御系20a にトルク制限器121 を設けた場
合も、図１１と同様な効果を得ることができる。As a result, the torque command of the motor from the flexible control system becomes the minimum or zero, and the robot comes to rest while maintaining the posture at the time when the abnormality judgment was made. At this time, since the gravity torque and the friction torque are added to the torque command, the robot 105 does not drop due to gravity, so that the worker can operate the robot 105 by input after the robot 105 stands still. Become.
Even when the torque limiter 121 is provided in the flexible control system 20a of FIG. 12, the same effect as in FIG. 11 can be obtained.
【００６６】ところで、これまでに説明した本発明の各
実施の形態相互間における関連について付言する。実施
の形態１は従来例２［特開平6-332558号］に対向するロ
ボットの柔軟制御の基本的構想を備える手段であり、実
施の形態２は実施の形態１及び従来例２などに適用可能
であり、実施の形態３は実施の形態２などに適用され、
実施の形態４は実施の形態１ないし実施の形態３及び従
来例２などに適用可能である。By the way, the relation between the respective embodiments of the present invention described above will be additionally described. The first embodiment is a means having a basic concept of flexible control of a robot facing the conventional example 2 [JP-A-6-332558], and the second embodiment is applicable to the first exemplary embodiment and the conventional example 2. And the third embodiment is applied to the second embodiment and the like,
The fourth embodiment can be applied to the first to third embodiments, the conventional example 2 and the like.
【００６７】[0067]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば下記
に示す諸々の効果が認められる。すなわち、関節角の位
置の情報を用いた単純な座標変換で作業座標系での柔軟
制御を可能にするという効果がある。その場合、１自由
度で１つの変数の設定することで可能であり、また変換
式自体が簡単な式なため演算負荷が小さくリアルタイム
に作業座標系の演算を実行できる。また、ロボットが一
定の反作用力が一定であるため、発生限界値以上の力に
対してはロボットの姿勢変化を大きくとることができ
る。As described above, according to the present invention, the following various effects are recognized. That is, there is an effect that it is possible to perform flexible control in the work coordinate system by simple coordinate conversion using the information on the position of the joint angle. In that case, it is possible to set one variable with one degree of freedom, and since the conversion formula itself is a simple formula, the calculation load is small and the calculation of the work coordinate system can be executed in real time. Further, since the constant reaction force of the robot is constant, the posture change of the robot can be largely changed with respect to the force equal to or higher than the generation limit value.
【００６８】さらに、柔軟制御に加速情報のフィードバ
ックを施すことにより、慣性の補償を行うことが可能に
なり、より柔軟性を増すことができる。しかも、従来の
制御系の基本的構成を維持しているため、位置制御系と
柔軟制御の移行が容易である。その結果、柔軟制御時に
は、機械からの力や手動により簡単にロボットを動かす
ことができ、ロボットが周辺物体に衝突した時にも対象
物体に大きな力を作用させることがない、など従来のロ
ボットにない特性を有する。Further, by feeding back the acceleration information to the flexible control, the inertia can be compensated, and the flexibility can be increased. Moreover, since the basic configuration of the conventional control system is maintained, it is easy to transfer the position control system and the flexible control. As a result, during flexible control, the robot can be easily moved by force from the machine or manually, and even when the robot collides with surrounding objects, it does not exert a large force on the target object. Have characteristics.
【００６９】そして本発明によりロボットで柔軟制御を
行う場合、外部より力を受けると大きく変形し動作領域
からはずれたり、軌跡制御時に物体に衝突するなどの異
常時の処理を容易に行うことが可能になる。また、外力
に応じて作業内容を変更する等，従来はセンサを必要と
していた作業をセンサを用いずに実行することができ
る。When the robot is flexibly controlled according to the present invention, it is possible to easily perform processing at the time of abnormality such as being largely deformed when it receives a force from the outside to be out of the operation area or colliding with an object during trajectory control. become. Further, it is possible to perform a task that conventionally requires a sensor without using the sensor, such as changing the content of the task according to an external force.
【００７０】さらにまた、本発明の柔軟制御方式によれ
ば、柔軟制御に制御状態量からロボット動作の状態変化
を判断し、柔軟制御系の柔軟性を変化させるようにした
ため、ロボットが作業者や他の物体に接触したりアーム
間に作業者が挟み込まれた場合でも、直ちにロボットが
停止するとともに、モータが発生する力を抜くため、作
業者やロボットの安全を確保するという特段の効果を奏
することがことができる。Furthermore, according to the flexible control system of the present invention, the flexible control system judges the state change of the robot operation from the control state quantity and changes the flexibility of the flexible control system. Even when the robot comes into contact with other objects or the operator is caught between the arms, the robot immediately stops and the force generated by the motor is removed, so that the safety of the operator and the robot is ensured. Can be.
１ 1
【図１】本発明の実施の態様１における作用の一つの概
念を表す回路構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration showing one concept of the operation according to the first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の態様１における作用の他の概念
を表す回路構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration showing another concept of the operation according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の態様１における具体的回路構成
を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing a specific circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の態様２における基本的構成を示
すブロック図FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の態様２における一つの具体的回
路構成を示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing one specific circuit configuration according to the second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の態様２における他の具体的回路
構成を示すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing another specific circuit configuration according to the second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施の態様３における機能を説明する
ブロック図FIG. 7 is a block diagram illustrating functions in the third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施の態様３における具体的回路構成
を示すブロック図FIG. 8 is a block diagram showing a specific circuit configuration according to a third embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施の態様３における具体的回路構成
の作用を示すフローチャートFIG. 9 is a flowchart showing the operation of a specific circuit configuration according to the third embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の実施の態様４における基本的構成を
示すブロック図FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の実施の態様４における一つの具体的
回路構成を示すブロック図FIG. 11 is a block diagram showing one specific circuit configuration according to the fourth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の実施の態様４における他の具体的回
路構成を示すブロック図FIG. 12 is a block diagram showing another specific circuit configuration according to the fourth embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の実施の態様４における条件判断を示
す流れ図FIG. 13 is a flowchart showing condition judgment in the fourth embodiment of the present invention.
【図１４】従来例１の回路構成を表すブロック図FIG. 14 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 1.
【図１５】従来例２の回路構成を表すブロック図FIG. 15 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 2.
【図１６】従来例４の回路構成を表すブロック図FIG. 16 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 4.
【図１７】従来例５の回路構成を表すブロック図FIG. 17 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 5.
【図１８】従来例６の回路構成を表すブロック図FIG. 18 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 6.
【図１９】従来例７の回路構成を表すブロック図FIG. 19 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 7.
【図２０】従来例８の回路構成を表すブロック図FIG. 20 is a block diagram showing a circuit configuration of Conventional Example 8.
11 位置検出値 20,20a 柔軟制御系( 位置速度制御系) 21 制御状態量 22a,22b 柔軟性設定器 30 状態判断手段 31 柔軟性設定値 100 第１軸制御系 200 第２軸制御系 300 第３軸制御系 n00 第ｎ軸制御系 101a トルク指令 101b 位置指令 102,121,121a トルルク制限器 103 修正トルク指令 104 サーボアンプ( トルク制御) 105 サーボモータ 105a ロボット 105b,106 位置検出器 107 作業座標力・トルク限界設定手段 108 ヤコビアンの転置行列ＪT の演算手段 109 位置制御系 110 位置制御ゲイン［Ｋp ］回路 110a 可変位置制御ゲイン［Ｋp ］回路 111 速度制御ゲイン［Ｋv ］回路 111a 可変速度制御ゲイン［Ｋv ］回路 112 比例演算器 113 積分器 114 外力 115,115a 微分器［速度検出手段・ｓはラプラス演算
子］ 116,121,121a トルク制限器 117 重力補償器 118 トルク変換定数回路 119,119a ロボットなどの機械系［Ｊはイナーシャ、Ｄ
は動摩擦係数］ 120,120a 積分回路 122 加速度 (演算) 回路 123 加速度制御ゲイン［Ｋα］回路 124 回転加速度フィードバックゲイン［Ｊ’］回路 125 速度検出( 演算) 回路 127 加速度検出器 128 エンコーダ 129 位置偏差 130 作業座標系設定値 131 比較手段 132 ブレーキ回路・外部出力・作業計画判断等を行う
手段 133 逆変換回路 134 複数の他軸からの情報 135 順変換回路 136 重力補償器 137 摩擦補償器11 Position detection value 20, 20a Flexible control system (Position speed control system) 21 Control state amount 22a, 22b Flexibility setting device 30 Status judgment means 31 Flexibility setting value 100 Axis 1 control system 200 Axis 2 control system 300 3-axis control system n00 Axis n control system 101a Torque command 101b Position command 102,121,121a Torruk limiter 103 Correct torque command 104 Servo amplifier (torque control) 105 Servo motor 105a Robot 105b, 106 Position detector 107 Working coordinate force / torque limit Setting means 108 Computing means for the transposed matrix J T of Jacobian 109 Position control system 110 Position control gain [Kp] circuit 110a Variable position control gain [Kp] circuit 111 Speed control gain [Kv] circuit 111a Variable speed control gain [Kv] circuit 112 Proportional calculator 113 Integrator 114 External force 115,115a Differentiator [Speed detection means / s is Laplace operator] 116,121,121a Torque limiter 117 Gravity compensator 118 Torque conversion constant circuit 119,119a械系 [J is inertia, D
Is the dynamic friction coefficient] 120,120a Integration circuit 122 Acceleration (calculation) circuit 123 Acceleration control gain [Kα] circuit 124 Rotational acceleration feedback gain [J '] circuit 125 Speed detection (calculation) circuit 127 Acceleration detector 128 Encoder 129 Position deviation 130 Work Coordinate system set value 131 Comparison means 132 Brake circuit, external output, work plan judgment, etc. 133 Inverse conversion circuit 134 Information from multiple other axes 135 Forward conversion circuit 136 Gravity compensator 137 Friction compensator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 17/02 Ｇ０５Ｄ 17/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G05D 17/02 G05D 17/02
Claims (14)
タのトルクを制御する手段と、 前記関節部の関節角度を計測する手段と、 前記計測による前記関節角度の情報をもとに座標系間の
微小変位関係を演算する手段と、 作業座標系で設定した力もしくはトルクの限界値を前記
微小変位対応関係を用いることにより関節角トルク限界
値に変換する手段と、 前記関節角トルク限界値を用いてロボットの出力トルク
を制限する手段と、を備えたことを特徴とするロボット
の柔軟制御装置。1. A means for controlling a torque of a servo motor for driving a joint portion of a robot, a means for measuring a joint angle of the joint portion, and a coordinate system between coordinate systems based on the information of the joint angle by the measurement. A means for calculating a minute displacement relationship, a means for converting a force or torque limit value set in the working coordinate system into a joint angle torque limit value by using the minute displacement correspondence relationship, and a joint angle torque limit value And a means for limiting the output torque of the robot, and a flexible control apparatus for the robot.
タの制御系の前記関節角度の指令値を用いることによ
り、前記作業座標系と関節座標系の前記微小対応関係を
求めることを特徴とする請求項１記載のロボットの柔軟
制御装置。2. The micro correspondence between the work coordinate system and the joint coordinate system is obtained by using a command value of the joint angle of a control system of a servo motor that drives a joint portion of a robot. Item 1. A flexible control device for a robot according to item 1.
るロボットの関節部を駆動するサーボモータの制御系を
備えたロボットの柔軟制御装置において、 位置制御ゲイン，速度制御ゲインを変化させうる手段
と、 前記速度制御ループ中の比例積分制御における積分器の
出力を制限する手段と、 前記サーボモータの回転加速度を検出または演算により
求める手段と、 前記速度制御ゲイン乗算の後段で前記サーボモータの加
速度を定数倍した帰還制御手段と、を備えたことを特徴
とするロボットの柔軟制御装置。3. A flexible control device for a robot, comprising a servomotor control system for driving a joint part of a robot having a position control loop and a velocity control loop, and means for changing a position control gain and a velocity control gain. A means for limiting the output of the integrator in the proportional-plus-integral control in the speed control loop, a means for obtaining the rotational acceleration of the servo motor by detection or calculation, and a constant for the acceleration of the servo motor after the speed control gain multiplication. A flexible control device for a robot, comprising: doubled feedback control means.
るロボットの関節部を駆動するサーボモータの制御系を
備えたロボットの柔軟制御装置において、 前記速度制御ループ中の比例積分制御における積分器の
出力を制限する手段と、 比例制御と前記積分器の出力の加算結果であるトルク指
令を制限するトルク制限器と、 前記モータの回転加速度を検出または演算により求める
手段と、 前記トルク制限器の後段で前記サーボモータの加速度を
定数倍した帰還制御手段と、を備えたことを特徴とする
ロボットの柔軟制御装置。4. A flexible controller for a robot having a servomotor control system for driving a joint portion of a robot having a position control loop and a velocity control loop, wherein an output of an integrator in proportional-plus-integral control in the velocity control loop. A torque limiter that limits the torque command that is the result of addition of the proportional control and the output of the integrator, a means that obtains the rotational acceleration of the motor by detection or calculation, and in the latter stage of the torque limiter. A flexible control device for a robot, comprising: feedback control means for multiplying the acceleration of the servo motor by a constant.
に重力あるいは摩擦トルクを補償する手段を備えたこと
を特徴とする請求項３または請求項４記載のロボットの
柔軟制御装置。5. The flexible control apparatus for a robot according to claim 3, further comprising a means for compensating gravity or friction torque after the speed controller and the adding means for integral control.
有するロボットのサーボモータの制御系を備えたロボッ
トの柔軟制御装置において、 位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度との差を
設定値と比較する手段と、 該比較結果をもとに前記サーボモータの運動を停止する
手段と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御
装置。6. A flexible controller for a robot having a robot servo motor control system having a position control loop and a speed control loop, wherein a difference between a target position angle and a current angle of the servo motor is compared with a set value. And a means for stopping the movement of the servomotor based on the comparison result.
有するロボットのサーボモータの制御系を備えたロボッ
トの柔軟制御装置において、 位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度との差を
設定値と比較する手段と、 該比較結果をサーボ装置から外部機器に出力する手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装
置。7. A flexible controller for a robot having a robot servo motor control system having a position control loop and a speed control loop, wherein a difference between a target position angle and a current angle of the servo motor is compared with a set value. And a means for outputting the comparison result from the servo device to an external device.
を有するロボットのサーボモータの制御系を備えたロボ
ットの柔軟制御装置において、 位置の目標角度と前記サーボモータの現在角度との差を
設定値と比較する手段と、 該比較結果をもとにサーボ制御の処理を変更する手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装
置。8. A flexible controller for a robot having a robot servomotor control system having a position control loop and a velocity control loop, wherein a difference between a target angle of position and a current angle of the servomotor is set as a set value. A flexible control device for a robot, comprising: means for comparing; and means for changing a servo control process based on the comparison result.
複数有するロボットのサーボモータの制御系を備えたロ
ボットの柔軟制御装置において、 作業座標における目標値と前記サーボモータの現在値か
ら求められる作業座標系現在値との差を設定値と比較す
る手段と、 該比較結果をもとに前記サーボモータの運動を停止する
手段と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御
装置。9. A flexible controller for a robot having a robot servo motor control system having a plurality of position control loops and velocity control loops, wherein a work coordinate system obtained from a target value at work coordinates and a current value of the servo motor. A flexible control device for a robot, comprising: a means for comparing a difference from a current value with a set value; and a means for stopping the motion of the servomotor based on the comparison result.
を複数有するロボットのサーボモータの制御系を備えた
ロボットの柔軟制御装置において、 作業座標における目標値とサーボモータの現在値から求
められる作業座標系現在値との差を設定値と比較する手
段と、 該比較結果をサーボ装置から外部機器に出力する手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装
置。10. A flexible control apparatus for a robot, comprising a robot servo motor control system having a plurality of position control loops and velocity control loops, wherein a work coordinate system current obtained from a target value at work coordinates and a current value of the servo motor. A flexible control device for a robot, comprising: a means for comparing a difference with a value with a set value; and a means for outputting the comparison result from a servo device to an external device.
を複数有するロボットのサーボモータの制御系を備えた
ロボットの柔軟制御装置において、 作業座標における目標値とサーボモータの現在値から求
められる作業座標系現在値との差を設定値と比較する手
段と、 該演算結果をもとにサーボ制御の処理を変更する手段
と、を備えたことを特徴とするロボットの柔軟制御装
置。11. A flexible control apparatus for a robot, comprising a robot servo motor control system having a plurality of position control loops and velocity control loops, wherein a work coordinate system current calculated from a target value at work coordinates and a servo motor current value. A flexible control device for a robot, comprising: a means for comparing a difference from a value with a set value; and a means for changing a servo control process based on the calculation result.
節部を駆動するモータの制御系を備えたロボットの柔軟
制御装置において、 位置制御ゲイン，速度制御ゲインを変化させうる手段
と、 位置，速度，方向の指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果に基づいて前記位置制御ゲイン，前記速度ゲイ
ンを別の状態に変化させうる手段と、を備えたことを特
徴とするロボットの柔軟制御装置。12. A flexible control apparatus for a robot, comprising a motor control system for driving a joint portion of a robot having a position control loop, means for changing position control gain and speed control gain, and position, speed and direction. A flexible control device for a robot, comprising: means for changing the position control gain and the speed gain to different states based on the command information, the detection information, and the calculation result of the information.
するロボットの関節を駆動するモータの制御系を備えた
ロボットの柔軟制御装置において、 比例制御と積分器の出力の加算結果であるトルク指令を
制限する手段と、 位置，速度，方向の指令情報と検出情報及び前記情報の
演算結果に基づいて前記トルク指令を制限する手段を変
化させうる手段と、を備えたことを特徴とするロボット
の柔軟制御装置。13. A flexible controller for a robot having a motor control system for driving a joint of a robot having a position control loop and a velocity control loop, wherein a torque command as a result of addition of proportional control and output of an integrator is limited. And a means for changing the means for limiting the torque command based on the command information of the position, speed, direction and detection information and the calculation result of the information, and the flexible control of the robot. apparatus.
分制御の加算手段の後に重力あるいは摩擦トルクを補償
する手段をを備えたことを特徴とする請求項１２または
請求項１３記載のロボットの柔軟制御装置。14. The flexible robot according to claim 12, further comprising means for compensating gravity or friction torque after adding means for proportional control and integral control in the speed control loop. Control device.
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