JPH10128685A - ロボット制御装置 - Google Patents
ロボット制御装置Info
- Publication number
- JPH10128685A JPH10128685A JP28672796A JP28672796A JPH10128685A JP H10128685 A JPH10128685 A JP H10128685A JP 28672796 A JP28672796 A JP 28672796A JP 28672796 A JP28672796 A JP 28672796A JP H10128685 A JPH10128685 A JP H10128685A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明は、仮想変位に応じた安定した動作制
御を実現して、高精度な接触作業を実現することにあ
る。 【解決手段】ロボット１０の先端の力・トルクとロボッ
ト１０の関節変位に基づいてロボット１０の動作が非線
形特性を持つコンプライアンス制御指令を生成して、こ
のコンプライアンス制御指令に基づいてロボット１０を
駆動制御するように構成したものである。
御を実現して、高精度な接触作業を実現することにあ
る。 【解決手段】ロボット１０の先端の力・トルクとロボッ
ト１０の関節変位に基づいてロボット１０の動作が非線
形特性を持つコンプライアンス制御指令を生成して、こ
のコンプライアンス制御指令に基づいてロボット１０を
駆動制御するように構成したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙航行
体に搭載されて塗装作業、ピン挿入作業、ボルト締め／
緩め作業、ハンドル回し作業等の作業対象と接触する各
種の作業を実行するのに好適する多関節ロボットの操作
制御に好適するロボット制御装置に関する。
体に搭載されて塗装作業、ピン挿入作業、ボルト締め／
緩め作業、ハンドル回し作業等の作業対象と接触する各
種の作業を実行するのに好適する多関節ロボットの操作
制御に好適するロボット制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、宇宙開発の分野において
は、作業用宇宙航行体に多関節ロボットを搭載し、この
宇宙航行体で宇宙空間を航行して、宇宙ステーションの
構築作業等の各種の作業を実行する構想がある。このよ
うな多関節のロボットの関節角度を制御する手段として
は、関節角度に対する目標値を設定して、この目標値に
対応して関節角度を駆動して動作制御することにより、
所望の作業内容を行う方法が採られる。
は、作業用宇宙航行体に多関節ロボットを搭載し、この
宇宙航行体で宇宙空間を航行して、宇宙ステーションの
構築作業等の各種の作業を実行する構想がある。このよ
うな多関節のロボットの関節角度を制御する手段として
は、関節角度に対する目標値を設定して、この目標値に
対応して関節角度を駆動して動作制御することにより、
所望の作業内容を行う方法が採られる。
【０００３】ところで、このようなロボットは、その作
業対象に対して把持・接触作業等の高精度な作業を実行
する場合、手先に加わる力を制御することにより、作業
対象を傷つけたり、破損することなく、所望の作業を安
全で、且つ、高精度に実行するように動作制御される。
業対象に対して把持・接触作業等の高精度な作業を実行
する場合、手先に加わる力を制御することにより、作業
対象を傷つけたり、破損することなく、所望の作業を安
全で、且つ、高精度に実行するように動作制御される。
【０００４】このようなロボットの力を制御するロボッ
ト制御装置としては、間接的に仮想のインピーダンスを
実現するようなロボットの動作制御を実行することによ
り、アーム先端に加わる外力を緩和するコンプライアン
ス制御と称する方式が知られている。
ト制御装置としては、間接的に仮想のインピーダンスを
実現するようなロボットの動作制御を実行することによ
り、アーム先端に加わる外力を緩和するコンプライアン
ス制御と称する方式が知られている。
【０００５】このコンプライアンス制御は、例えば図２
に示すロボット１０の先端の把持部９と作業対象８を、
図３に示す如く仮想コンプライアンス機構７（バネ、質
量、減衰器を含む）を想定し、この仮想コンプライアン
ス機構７の運動を所定の制御アルゴリズムを用いて実時
間で計算し、該仮想コンプライアンス機構７の動作にロ
ボット１０の動作を追従させるように制御する方法を採
っている。即ち、仮想コンプライアンス機構７の特性
は、直観的な判り易さ、解析の容易性等から以下の微分
方程式で表される線形特性に限定されている。
に示すロボット１０の先端の把持部９と作業対象８を、
図３に示す如く仮想コンプライアンス機構７（バネ、質
量、減衰器を含む）を想定し、この仮想コンプライアン
ス機構７の運動を所定の制御アルゴリズムを用いて実時
間で計算し、該仮想コンプライアンス機構７の動作にロ
ボット１０の動作を追従させるように制御する方法を採
っている。即ち、仮想コンプライアンス機構７の特性
は、直観的な判り易さ、解析の容易性等から以下の微分
方程式で表される線形特性に限定されている。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、ｍは仮想コンプライアンス機構７
の質量定数（以下、仮想質量と記す）、ｃは仮想コンプ
ライアンス機構７の減衰器の粘性定数（以下、仮想粘性
と記す）、ｋは仮想コンプライアンス機構７のバネの剛
性定数（以下、仮想剛性と記す）、ｘは仮想コンプライ
アンス機構７の動作を重ね合わせる前の制御目標Ｐ１と
重ね合わせた後の制御目標Ｐ２ との変位（以下、仮想
変位と記す）、Ｆはロボット１０の先端接触力（以下、
先端力と記す）とする。
の質量定数（以下、仮想質量と記す）、ｃは仮想コンプ
ライアンス機構７の減衰器の粘性定数（以下、仮想粘性
と記す）、ｋは仮想コンプライアンス機構７のバネの剛
性定数（以下、仮想剛性と記す）、ｘは仮想コンプライ
アンス機構７の動作を重ね合わせる前の制御目標Ｐ１と
重ね合わせた後の制御目標Ｐ２ との変位（以下、仮想
変位と記す）、Ｆはロボット１０の先端接触力（以下、
先端力と記す）とする。
【０００８】ところで、上記コンプライアンス制御にあ
っては、ロボット１０が作業対象８と接触作業を実行す
る際、図４に示すように仮想変位ｘが小さない場合、そ
の仮想剛性ｋを十分に小さく設定することにより、仮想
質量ｍが速やかに変位可能となり、ロボット１０の安定
した動作が実現され、また、図５に示すように仮想変位
ｘが十分なストロークを有する場合には、仮想剛性ｋを
有る程度大きく設定することにより、該仮想剛性ｋによ
る押しつ力で仮想質量ｍの有害な”跳ね返り”が防止さ
れて作業対象に対するロボットの安定した動作が実現さ
れる。
っては、ロボット１０が作業対象８と接触作業を実行す
る際、図４に示すように仮想変位ｘが小さない場合、そ
の仮想剛性ｋを十分に小さく設定することにより、仮想
質量ｍが速やかに変位可能となり、ロボット１０の安定
した動作が実現され、また、図５に示すように仮想変位
ｘが十分なストロークを有する場合には、仮想剛性ｋを
有る程度大きく設定することにより、該仮想剛性ｋによ
る押しつ力で仮想質量ｍの有害な”跳ね返り”が防止さ
れて作業対象に対するロボットの安定した動作が実現さ
れる。
【０００９】しかしながら、上記ロボット制御装置で
は、そのコンプライアンス制御特性上、仮想剛性ｋの可
変設定が困難なために、仮想コンプライアンス機構７の
仮想変位ｘのストロークが変化されると、その変化に応
じた安定した動作制御が困難となる。これによると、ロ
ボット１０の先端に過大な接触力が発生し、高精度な接
触作業が困難となるという問題を有する。
は、そのコンプライアンス制御特性上、仮想剛性ｋの可
変設定が困難なために、仮想コンプライアンス機構７の
仮想変位ｘのストロークが変化されると、その変化に応
じた安定した動作制御が困難となる。これによると、ロ
ボット１０の先端に過大な接触力が発生し、高精度な接
触作業が困難となるという問題を有する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のロボット制御装置では、仮想変位が変化すると、そ
の変化に応じて過大な接触力が発生する虞れがあり、高
精度な接触作業が困難であるという問題を有する。
来のロボット制御装置では、仮想変位が変化すると、そ
の変化に応じて過大な接触力が発生する虞れがあり、高
精度な接触作業が困難であるという問題を有する。
【００１１】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、仮想変位に応じた安定した動作制御を実現して、
高精度な接触作業を実現し得るようにしたロボット制御
装置を提供することを目的とする。
ので、仮想変位に応じた安定した動作制御を実現して、
高精度な接触作業を実現し得るようにしたロボット制御
装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、ロボットの
先端の力・トルクを検出する力・トルク検出手段と、ロ
ボットの関節の変位を検出する関節変位検出手段と、前
記力・トルク検出手段で検出される力・トルクと前記関
節変位検出手段で検出される関節変位に基づいて前記ロ
ボットの動作が非線形特性を持つコンプライアンス制御
指令を生成する制御手段と、この制御手段で生成したコ
ンプライアンス制御指令に基づいて前記ロボットを駆動
制御する駆動手段とを備えてロボット制御装置を構成し
たものである。
先端の力・トルクを検出する力・トルク検出手段と、ロ
ボットの関節の変位を検出する関節変位検出手段と、前
記力・トルク検出手段で検出される力・トルクと前記関
節変位検出手段で検出される関節変位に基づいて前記ロ
ボットの動作が非線形特性を持つコンプライアンス制御
指令を生成する制御手段と、この制御手段で生成したコ
ンプライアンス制御指令に基づいて前記ロボットを駆動
制御する駆動手段とを備えてロボット制御装置を構成し
たものである。
【００１３】上記構成によれば、コンプライアンス制御
指令は、仮想変位が小さい間が仮想剛性による効果が小
さく抑えられ、仮想変位が大きいと、仮想剛性による効
果が大きくなる。従って、仮想変位のストロークに影響
されることなく、ロボットの先端の安定した接触力が確
保され、接触作業の安定化が図る。
指令は、仮想変位が小さい間が仮想剛性による効果が小
さく抑えられ、仮想変位が大きいと、仮想剛性による効
果が大きくなる。従って、仮想変位のストロークに影響
されることなく、ロボットの先端の安定した接触力が確
保され、接触作業の安定化が図る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明
の一実施の形態に係るロボット制御装置を示すもので、
ここでは、ロボット１０として、肩関節（第１関節）１
０ａ、肘関節（第２関節）１０ｂ、手首関節（第３関
節）１０ｃの３関節式のものを宇宙航行体１１に搭載し
た場合を示す。
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明
の一実施の形態に係るロボット制御装置を示すもので、
ここでは、ロボット１０として、肩関節（第１関節）１
０ａ、肘関節（第２関節）１０ｂ、手首関節（第３関
節）１０ｃの３関節式のものを宇宙航行体１１に搭載し
た場合を示す。
【００１５】すなわち、ロボット１０の先端部には、力
・トルク検出センサ１２が設けられ、この力・トルク検
出センサ１２の出力端は、第１の信号入力回路１３に接
続される。そして、ロボット１０の各関節１０ａ〜１０
ｃには、図示しない関節変位センサが内蔵され、この各
関節変位センサの出力端は、第２の信号入力回路１４に
接続される。
・トルク検出センサ１２が設けられ、この力・トルク検
出センサ１２の出力端は、第１の信号入力回路１３に接
続される。そして、ロボット１０の各関節１０ａ〜１０
ｃには、図示しない関節変位センサが内蔵され、この各
関節変位センサの出力端は、第２の信号入力回路１４に
接続される。
【００１６】上記第１及び第２の信号入力回路１３，１
４は、制御処理部１５に接続され、力・トルク検出セン
サ１２及び関節変位センサ（図示せず）からの力・トル
ク検出信号及び関節変位検出信号に応じた力・トルク及
び関節変位を制御処理部１５に出力する。制御処理部１
５は、入力した力・トルク及び関節変位を実時間で参照
し、この力・トルク及び関節変位に基づいて
４は、制御処理部１５に接続され、力・トルク検出セン
サ１２及び関節変位センサ（図示せず）からの力・トル
ク検出信号及び関節変位検出信号に応じた力・トルク及
び関節変位を制御処理部１５に出力する。制御処理部１
５は、入力した力・トルク及び関節変位を実時間で参照
し、この力・トルク及び関節変位に基づいて
【００１７】
【数２】 の式の演算処理を実行して被線形特性を有するコンプラ
イアンス制御指令を生成する。
イアンス制御指令を生成する。
【００１８】ここで、ｍは仮想質量、ｃは仮想粘性、ｋ
は仮想剛性、ｘは仮想剛性、Ｆは先端力で、ｋ（ｘ）は
ｘの関数である。また、制御処理部１５には、駆動回路
１６が接続される。駆動回路１６は、制御処理部１５か
ら非線形特性を持つコンプライアンス制御指令が入力さ
れると、そのコンプライアンス制御指令に基づいて駆動
信号を生成して上記ロボット１０の各関節１０ａ〜１０
ｃを駆動制御してロボット１０をコンプライアンス制御
して所望の作業を実行する。
は仮想剛性、ｘは仮想剛性、Ｆは先端力で、ｋ（ｘ）は
ｘの関数である。また、制御処理部１５には、駆動回路
１６が接続される。駆動回路１６は、制御処理部１５か
ら非線形特性を持つコンプライアンス制御指令が入力さ
れると、そのコンプライアンス制御指令に基づいて駆動
信号を生成して上記ロボット１０の各関節１０ａ〜１０
ｃを駆動制御してロボット１０をコンプライアンス制御
して所望の作業を実行する。
【００１９】上記構成により、制御処理部１５は、第１
及び第２の信号入力回路１３，１４からの力・トルク及
び関節変位を実時間において上記式（２）の演算処理を
実行してコンプライアンス制御指令を生成する。このコ
ンプライアンス制御指令は、仮想変位ｘが小さい間、仮
想剛性ｋによる効果ｋ（ｘ）・ｘが小さく抑えられ、ロ
ボット１０の先端力が所定の値に保たれる。そして、仮
想変位ｘが大きくなるにつれて、仮想剛性ｋによる効果
ｋ（ｘ）・ｘが大きくなり、ロボット１０の先端力が所
定の値に保たれる。これにより、ロボット１０の先端
は、仮想変位ｘのストロークが十分に確保できた後、作
業対象に対するロボット１０の先端の接触力が所望の値
に保たれ、安定した高精度な接触作業が可能となる。
及び第２の信号入力回路１３，１４からの力・トルク及
び関節変位を実時間において上記式（２）の演算処理を
実行してコンプライアンス制御指令を生成する。このコ
ンプライアンス制御指令は、仮想変位ｘが小さい間、仮
想剛性ｋによる効果ｋ（ｘ）・ｘが小さく抑えられ、ロ
ボット１０の先端力が所定の値に保たれる。そして、仮
想変位ｘが大きくなるにつれて、仮想剛性ｋによる効果
ｋ（ｘ）・ｘが大きくなり、ロボット１０の先端力が所
定の値に保たれる。これにより、ロボット１０の先端
は、仮想変位ｘのストロークが十分に確保できた後、作
業対象に対するロボット１０の先端の接触力が所望の値
に保たれ、安定した高精度な接触作業が可能となる。
【００２０】このように、上記ロボット制御装置は、ロ
ボット１０の先端の力・トルクとロボット１０の関節変
位に基づいてロボット１０の動作が非線形特性を持つコ
ンプライアンス制御指令を生成して、このコンプライア
ンス制御指令に基づいてロボット１０を駆動制御するよ
うに構成した。
ボット１０の先端の力・トルクとロボット１０の関節変
位に基づいてロボット１０の動作が非線形特性を持つコ
ンプライアンス制御指令を生成して、このコンプライア
ンス制御指令に基づいてロボット１０を駆動制御するよ
うに構成した。
【００２１】これによれば、仮想コンプライアンス機構
の仮想変位ｘが小さい間が仮想剛性ｋによる効果が小さ
く抑えられ、仮想変位ｘが大きいと、仮想剛性ｋによる
効果が大きくなることにより、仮想変位ｘのストローク
に影響されることなく、ロボット１０の先端の安定した
接触力が確保されるため、容易に安定した接触作業が実
現される。
の仮想変位ｘが小さい間が仮想剛性ｋによる効果が小さ
く抑えられ、仮想変位ｘが大きいと、仮想剛性ｋによる
効果が大きくなることにより、仮想変位ｘのストローク
に影響されることなく、ロボット１０の先端の安定した
接触力が確保されるため、容易に安定した接触作業が実
現される。
【００２２】なお、上記実施の形態では、３関節式の多
関節ロボットシステムに適用した場合で説明したが、こ
れに限ることなく、その他、各種のロボットシステムに
おいて適用可能である。
関節ロボットシステムに適用した場合で説明したが、こ
れに限ることなく、その他、各種のロボットシステムに
おいて適用可能である。
【００２３】また、上記実施の形態では、ロボットシス
テムを宇宙航行体に構築した場合で説明したが、この使
用形態に限るこなく、構成可能であり、いずれの使用形
態においても、略同様の効果が期待される。よって、こ
の発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、こ
の発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得
ることは勿論である。
テムを宇宙航行体に構築した場合で説明したが、この使
用形態に限るこなく、構成可能であり、いずれの使用形
態においても、略同様の効果が期待される。よって、こ
の発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、こ
の発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得
ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、仮想変位に応じた安定した動作制御を実現して、高
精度な接触作業を実現し得るようにしたロボット制御装
置を提供することができる。
ば、仮想変位に応じた安定した動作制御を実現して、高
精度な接触作業を実現し得るようにしたロボット制御装
置を提供することができる。
【図１】この発明の一実施の形態に係るロボット制御装
置を示した図。
置を示した図。
【図２】この発明の適用されるロボットのコンプライア
ンス制御の概念を説明するために示した図。
ンス制御の概念を説明するために示した図。
【図３】図２のロボットの先端に仮想する仮想コンプラ
イアンス機構の概念を説明するために示した図。
イアンス機構の概念を説明するために示した図。
【図４】従来のコンプライアンス制御の問題点を説明す
るために示した図。
るために示した図。
【図５】従来のコンプライアンス制御の問題点を説明す
るために示した図。
るために示した図。
７…仮想コンプライアンス機構。 ８…作業対象。 ９…把持部。 １０…ロボット。 １０ａ〜１０ｃ…関節。 １１…宇宙航行体。 １２…力・トルク検出センサ。 １３，１４…第１及び第２の信号入力回路。 １５…制御処理部。 １６…駆動回路。
Claims (3)
- 【請求項１】 ロボットの先端の力・トルクを検出する
力・トルク検出手段と、 ロボットの関節の変位を検出する関節変位検出手段と、 前記力・トルク検出手段で検出される力・トルクと前記
関節変位検出手段で検出される関節変位に基づいて前記
ロボットの動作が非線形特性を持つコンプライアンス制
御指令を生成する制御手段と、 この制御手段で生成したコンプライアンス制御指令に基
づいて前記ロボットを駆動制御する駆動手段とを具備し
たロボット制御装置。 - 【請求項２】 前記ロボットは、宇宙航行体に搭載され
ることを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装
置。 - 【請求項３】 前記ロボットは、多関節式であることを
特徴とする請求項１又は２に記載のロボット制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28672796A JPH10128685A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | ロボット制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28672796A JPH10128685A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | ロボット制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10128685A true JPH10128685A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17708243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28672796A Pending JPH10128685A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | ロボット制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10128685A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2617533A1 (en) | 2012-01-17 | 2013-07-24 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9050721B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-06-09 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| JP2023523656A (ja) * | 2020-05-29 | 2023-06-06 | 三菱電機株式会社 | 接触相互作用軌跡を計画するための装置および方法 |
-
1996
- 1996-10-29 JP JP28672796A patent/JPH10128685A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2617533A1 (en) | 2012-01-17 | 2013-07-24 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9020642B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-04-28 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9050721B2 (en) | 2012-01-17 | 2015-06-09 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| US9517562B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-12-13 | Seiko Epson Corporation | Robot controller, robot system, robot control method |
| JP2023523656A (ja) * | 2020-05-29 | 2023-06-06 | 三菱電機株式会社 | 接触相互作用軌跡を計画するための装置および方法 |
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