JPH10156772A - 教示用力センサ - Google Patents
教示用力センサInfo
- Publication number
- JPH10156772A JPH10156772A JP33764296A JP33764296A JPH10156772A JP H10156772 A JPH10156772 A JP H10156772A JP 33764296 A JP33764296 A JP 33764296A JP 33764296 A JP33764296 A JP 33764296A JP H10156772 A JPH10156772 A JP H10156772A
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- JP
- Japan
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- force
- force sensor
- axis
- teaching
- manipulator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単にして６軸の力情報を計測でき、教
示者にとって教示のしやすい教示用センサを提供する。 【解決手段】 力センサを用いた力制御によるマニピュ
レータのダイレクトティーチ装置において、マニピュレ
ータ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計
測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択
する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ
手先の並進および回転運動の座標軸と力センサに設定し
た座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置
かれるようにしたのである。また、マニピュレータ手先
の並進および回転運動の座標軸と力センサの座標軸とが
互いに平行になるように配置した。
示者にとって教示のしやすい教示用センサを提供する。 【解決手段】 力センサを用いた力制御によるマニピュ
レータのダイレクトティーチ装置において、マニピュレ
ータ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計
測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択
する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ
手先の並進および回転運動の座標軸と力センサに設定し
た座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置
かれるようにしたのである。また、マニピュレータ手先
の並進および回転運動の座標軸と力センサの座標軸とが
互いに平行になるように配置した。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、並進３軸の力情報から
並進と回転の６軸方向の力情報を得ることのできる、マ
ニピュレータのダイレクト・ティーチ用の簡易な力セン
サ装置に関するものである。
並進と回転の６軸方向の力情報を得ることのできる、マ
ニピュレータのダイレクト・ティーチ用の簡易な力セン
サ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、マニピュレータのいわゆるダイレ
クト・ティーチシステムは、図２に示すようになってい
る。このようなシステムは特開昭59-157715 号公報をは
じめとして多くの考案がされている。図において、１０
１はいくつかの関節とリンクでなるマニピュレータ本
体、１０２はマニピュレータ本体１０１の先端につけた
６軸力センサ、１０３はマニピュレータ本体１０１の先
端の教示点、１０４は６軸力センサ１０２による６軸の
力情報、１０５は目標インピーダンス、１０６は目標イ
ンピーダンス１０５の軌道修正量、１０７はもともとの
目標軌道、１０８は軌道修正量１０６ともともとの目標
軌道１０７の和をとった新たな目標軌道、１０９は新た
な目標軌道１０８を入力するサーボコントローラ、１１
０はマニピュレータ本体１０１の各アクチュエータへ与
えるサーボコントローラの出力である。このように、従
来は、５軸あるいは６軸の多自由度マニピュレータにお
いてダイレクト・ティーチをおこなう場合、マニピュレ
ータ本体１０１の先端に６軸力センサ１０２を配置し、
並進と回転の６軸方向の力情報を直接計測し、これをも
とに力制御系を構成し、マニピュレータの運動を制御す
ることで、教示者が力をかけた方向にマニピュレータが
ならうような運動をさせる教示動作を実現していた。
クト・ティーチシステムは、図２に示すようになってい
る。このようなシステムは特開昭59-157715 号公報をは
じめとして多くの考案がされている。図において、１０
１はいくつかの関節とリンクでなるマニピュレータ本
体、１０２はマニピュレータ本体１０１の先端につけた
６軸力センサ、１０３はマニピュレータ本体１０１の先
端の教示点、１０４は６軸力センサ１０２による６軸の
力情報、１０５は目標インピーダンス、１０６は目標イ
ンピーダンス１０５の軌道修正量、１０７はもともとの
目標軌道、１０８は軌道修正量１０６ともともとの目標
軌道１０７の和をとった新たな目標軌道、１０９は新た
な目標軌道１０８を入力するサーボコントローラ、１１
０はマニピュレータ本体１０１の各アクチュエータへ与
えるサーボコントローラの出力である。このように、従
来は、５軸あるいは６軸の多自由度マニピュレータにお
いてダイレクト・ティーチをおこなう場合、マニピュレ
ータ本体１０１の先端に６軸力センサ１０２を配置し、
並進と回転の６軸方向の力情報を直接計測し、これをも
とに力制御系を構成し、マニピュレータの運動を制御す
ることで、教示者が力をかけた方向にマニピュレータが
ならうような運動をさせる教示動作を実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、６軸力センサ１０２を用いるため、力センサの構造
が複雑になり、製造に困難を生じたり製造コストが高い
という問題があった。また、並進と回転の６軸の力情報
を同時に計測するため、教示のための運動も必然的に並
進と回転の６軸方向となり、これがかえって教示者を混
乱せしめ、教示点の位置決め精度を低下させていた。そ
こで、本発明は、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計
測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教
示者にとって教示のしやすい、簡易な教示用力センサ装
置を提供することを目的とするものである。
は、６軸力センサ１０２を用いるため、力センサの構造
が複雑になり、製造に困難を生じたり製造コストが高い
という問題があった。また、並進と回転の６軸の力情報
を同時に計測するため、教示のための運動も必然的に並
進と回転の６軸方向となり、これがかえって教示者を混
乱せしめ、教示点の位置決め精度を低下させていた。そ
こで、本発明は、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計
測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教
示者にとって教示のしやすい、簡易な教示用力センサ装
置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明は、力センサを用いた力制御によるマニピュ
レータのダイレクトティーチ装置において、マニピュレ
ータ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計
測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択
する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ
手先の並進および回転運動の座標軸と力センサに設定し
た座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置
いたのである。また、マニピュレータ手先の並進および
回転運動の座標軸と力センサの座標軸とが互いに平行に
なるように配置したのである。
め、本発明は、力センサを用いた力制御によるマニピュ
レータのダイレクトティーチ装置において、マニピュレ
ータ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計
測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択
する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ
手先の並進および回転運動の座標軸と力センサに設定し
た座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置
いたのである。また、マニピュレータ手先の並進および
回転運動の座標軸と力センサの座標軸とが互いに平行に
なるように配置したのである。
【０００５】
【作用】上記手段により、構造が簡単でしかも６軸の力
情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわける
ことで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ
装置を提供できる。
情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわける
ことで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ
装置を提供できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の教示用力センサを示す図
である。図において、１はいくつかのリンクでなるマニ
ピュレータ本体、２はマニピュレータ本体１の先端につ
けた並進３軸力センサ、３は並進３軸力センサ２の力計
測座標の中心、４は並進３軸力センサ２の力計測座標、
５はマニピュレータ本体１の先端に設けたマニピュレー
タ手先の教示点の教示座標、６はマニピュレータ手先の
教示点、７は並進３軸力センサ２による並進３軸の力情
報、８は並進と回転の切り替えをする切替えスイッチ、
９は座標変換された後の並進３軸の力情報、１０は回転
の３軸のうちいずれか１軸を選択する選択スイッチ、１
１は座標変換された後の回転力情報、１２は目標インピ
ーダンス、１３は軌道修正量、１４はもともとの目標軌
道、１５は新たな目標軌道、１６はサーボコントロー
ラ、１７はマニピュレータのアクチュエータへ出力され
るサーボコントローラの出力、１８は並進への切替え
点、１９は回転への切替え点、２０はＸ軸方向における
回転への切替え点、２１はＹ軸方向における回転への切
替え点、２２はＺ軸方向における回転への切替え点、２
３はＸ軸方向における回転力情報、２４はＹ軸方向にお
ける回転力情報、２５はＺ軸方向における回転力情報、
２６は並進力の座標変換、２７は回転力の座標変換であ
る。このような構成において、 並進３軸の力センサ２の
力計測座標４はマニピュレータ本体１の先端に設けられ
たマニピュレータ手先の教示点６における教示点の教示
座標５と各軸において互いに一直線上にこないように配
置されている。並進３軸力センサ２で計測された力計測
座標４にもとづく並進３軸の力情報７は切替えスイッチ
８へ送られる。まず、教示点６に対する並進力の計測と
並進運動は以下のように実現する。この切替えスイッチ
８が並進への切替え点１８へ閉じているとき、前記並進
３軸の力情報７は、並進力の座標変換２６を施されたあ
と、マニピュレータ手先の教示点６の教示点の教示座標
５に対する並進３自由度の力情報９として、目標インピ
ーダンス１２とから並進方向の軌道修正量１３を計算す
る。この軌道修正量１３をもともとの目標軌道１４に加
え、新たな目標軌道１５としてサーボコントローラ１６
へ送る。サーボコントローラ１６はマニピュレータ本体
１の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出
力１７によって制御する。以上の作用により、並進３軸
力センサ２に加えられた並進力に対し、これがあたかも
教示点６に加わってマニピュレータ本体１がこの並進力
にならうような並進動作を実現できる。
いて説明する。図１は本発明の教示用力センサを示す図
である。図において、１はいくつかのリンクでなるマニ
ピュレータ本体、２はマニピュレータ本体１の先端につ
けた並進３軸力センサ、３は並進３軸力センサ２の力計
測座標の中心、４は並進３軸力センサ２の力計測座標、
５はマニピュレータ本体１の先端に設けたマニピュレー
タ手先の教示点の教示座標、６はマニピュレータ手先の
教示点、７は並進３軸力センサ２による並進３軸の力情
報、８は並進と回転の切り替えをする切替えスイッチ、
９は座標変換された後の並進３軸の力情報、１０は回転
の３軸のうちいずれか１軸を選択する選択スイッチ、１
１は座標変換された後の回転力情報、１２は目標インピ
ーダンス、１３は軌道修正量、１４はもともとの目標軌
道、１５は新たな目標軌道、１６はサーボコントロー
ラ、１７はマニピュレータのアクチュエータへ出力され
るサーボコントローラの出力、１８は並進への切替え
点、１９は回転への切替え点、２０はＸ軸方向における
回転への切替え点、２１はＹ軸方向における回転への切
替え点、２２はＺ軸方向における回転への切替え点、２
３はＸ軸方向における回転力情報、２４はＹ軸方向にお
ける回転力情報、２５はＺ軸方向における回転力情報、
２６は並進力の座標変換、２７は回転力の座標変換であ
る。このような構成において、 並進３軸の力センサ２の
力計測座標４はマニピュレータ本体１の先端に設けられ
たマニピュレータ手先の教示点６における教示点の教示
座標５と各軸において互いに一直線上にこないように配
置されている。並進３軸力センサ２で計測された力計測
座標４にもとづく並進３軸の力情報７は切替えスイッチ
８へ送られる。まず、教示点６に対する並進力の計測と
並進運動は以下のように実現する。この切替えスイッチ
８が並進への切替え点１８へ閉じているとき、前記並進
３軸の力情報７は、並進力の座標変換２６を施されたあ
と、マニピュレータ手先の教示点６の教示点の教示座標
５に対する並進３自由度の力情報９として、目標インピ
ーダンス１２とから並進方向の軌道修正量１３を計算す
る。この軌道修正量１３をもともとの目標軌道１４に加
え、新たな目標軌道１５としてサーボコントローラ１６
へ送る。サーボコントローラ１６はマニピュレータ本体
１の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出
力１７によって制御する。以上の作用により、並進３軸
力センサ２に加えられた並進力に対し、これがあたかも
教示点６に加わってマニピュレータ本体１がこの並進力
にならうような並進動作を実現できる。
【０００７】また、教示点６に対する回転力の計測と回
転運動は以下のように実現する。並進３軸力センサ２の
計測軸に対応する力計測座標４とマニピュレータの手先
の座標系とは、各座標軸が互いに並行で一直線上にこな
いように配置されている。このとき並進３軸力センサ２
に加わる力のうち、並進力を計測すれば、この情報によ
り教示点６に対する回転力を求めることができる。例え
ば、並進３軸力センサ２の座標系のＸ’軸とＺ’軸のは
る平面内の並進力を、マニピュレータの手先の教示点の
教示座標５におけるＹ軸に対する回転力とする。すなわ
ち、前記並進力のベクトルの大きさにそのベクトルと教
示点６との距離を乗じて回転力とする。同様に、Ｚ’軸
とＹ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５
におけるＸ軸に対する回転力とする。また、Ｘ’軸と
Ｙ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５に
おけるＺ軸に対する回転力とする。切替えスイッチ８が
回転への切替え点１９へ閉じているとき、力センサの並
進３軸の力情報７は選択スイッチ１０へ送られる。この
選択スイッチ１０がＸ軸方向における回転への切替え点
２０へ閉じているとき、上記の並進３軸の力情報７は、
Ｘ軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがＸ軸方向
における回転力情報２３となる。また、この選択スイッ
チ１０がＹ軸方向における回転への切替え点２１へ閉じ
ているとき、上記の並進３軸の力情報７は、Ｙ軸方向の
回転に寄与する並進方向の力のみがＹ軸方向における回
転力情報２４となる。また、この選択スイッチ１０がＺ
軸方向における回転への切替え点２２へ閉じていると
き、前記並進３軸の力情報７は、Ｚ軸方向の回転に寄与
する並進方向の力のみがＺ軸方向における回転力情報２
５となる。これらのいずれかの回転力情報は、回転力の
座標変換２７を施されたあと、教示点６における回転力
情報１１として目標インピーダンス１２とから回転方向
の軌道修正量１３を計算する。この軌道修正量１３をも
ともとの目標軌道１４に加え、新たな目標軌道１５とし
てサーボコントローラ１６へ送る。サーボコントローラ
１６はマニピュレータ本体１の各アクチュエータの運動
をサーボコントローラの出力１７によって制御する。以
上の作用により、力センサに加えられた並進力に対し、
これがあたかも教示点６に加わる回転力として働き、マ
ニピュレータがこの回転力にならうような回転動作を実
現できる。
転運動は以下のように実現する。並進３軸力センサ２の
計測軸に対応する力計測座標４とマニピュレータの手先
の座標系とは、各座標軸が互いに並行で一直線上にこな
いように配置されている。このとき並進３軸力センサ２
に加わる力のうち、並進力を計測すれば、この情報によ
り教示点６に対する回転力を求めることができる。例え
ば、並進３軸力センサ２の座標系のＸ’軸とＺ’軸のは
る平面内の並進力を、マニピュレータの手先の教示点の
教示座標５におけるＹ軸に対する回転力とする。すなわ
ち、前記並進力のベクトルの大きさにそのベクトルと教
示点６との距離を乗じて回転力とする。同様に、Ｚ’軸
とＹ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５
におけるＸ軸に対する回転力とする。また、Ｘ’軸と
Ｙ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５に
おけるＺ軸に対する回転力とする。切替えスイッチ８が
回転への切替え点１９へ閉じているとき、力センサの並
進３軸の力情報７は選択スイッチ１０へ送られる。この
選択スイッチ１０がＸ軸方向における回転への切替え点
２０へ閉じているとき、上記の並進３軸の力情報７は、
Ｘ軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがＸ軸方向
における回転力情報２３となる。また、この選択スイッ
チ１０がＹ軸方向における回転への切替え点２１へ閉じ
ているとき、上記の並進３軸の力情報７は、Ｙ軸方向の
回転に寄与する並進方向の力のみがＹ軸方向における回
転力情報２４となる。また、この選択スイッチ１０がＺ
軸方向における回転への切替え点２２へ閉じていると
き、前記並進３軸の力情報７は、Ｚ軸方向の回転に寄与
する並進方向の力のみがＺ軸方向における回転力情報２
５となる。これらのいずれかの回転力情報は、回転力の
座標変換２７を施されたあと、教示点６における回転力
情報１１として目標インピーダンス１２とから回転方向
の軌道修正量１３を計算する。この軌道修正量１３をも
ともとの目標軌道１４に加え、新たな目標軌道１５とし
てサーボコントローラ１６へ送る。サーボコントローラ
１６はマニピュレータ本体１の各アクチュエータの運動
をサーボコントローラの出力１７によって制御する。以
上の作用により、力センサに加えられた並進力に対し、
これがあたかも教示点６に加わる回転力として働き、マ
ニピュレータがこの回転力にならうような回転動作を実
現できる。
【０００８】上記のスイッチの切り替えは教示者によっ
て行われ、これにより、マニピュレータに並進方向の教
示動作を行わせるのか、いずれかの回転軸方向にそった
教示動作をおこなわせるのかを選択できる。なお、上記
の実施例では、力センサの座標系と教示座標系とを平行
に配置したが、各座標系の軸が互いに一直線上にこない
ならば、軸どうしにねじりがあってもよく、その場合に
は、力センサ情報にまず座標変換を施せば後は上記の実
施例にのっとって容易に構成することができる。以上の
ようにして、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測で
き、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者
にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供で
きる。
て行われ、これにより、マニピュレータに並進方向の教
示動作を行わせるのか、いずれかの回転軸方向にそった
教示動作をおこなわせるのかを選択できる。なお、上記
の実施例では、力センサの座標系と教示座標系とを平行
に配置したが、各座標系の軸が互いに一直線上にこない
ならば、軸どうしにねじりがあってもよく、その場合に
は、力センサ情報にまず座標変換を施せば後は上記の実
施例にのっとって容易に構成することができる。以上の
ようにして、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測で
き、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者
にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供で
きる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、構
造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進
と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示の
しやすい、教示用力センサ装置を提供しうる効果があ
る。
造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進
と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示の
しやすい、教示用力センサ装置を提供しうる効果があ
る。
【０００１０】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】従来の実施例を示す図である。
１ マニピュレータ本体 ２ 並進３軸力センサ ３ 力計測座標の中心 ４ 力計測座標 ５ 教示点の教示座標 ６ 教示点 ７ 並進３軸の力情報 ８ 切替えスイッチ ９ 力情報 １０ 選択スイッチ １１ 回転力情報 １２ 目標インピーダンス １３ 軌道修正量 １４ もともとの目標軌道 １５ 新たな目標軌道 １６ サーボコントローラ １７ サーボコントローラの出力 １８ 並進への切替え点 １９ 回転への切替え点 ２０ Ｘ軸方向における回転への切替え点 ２１ Ｙ軸方向における回転への切替え点 ２２ Ｚ軸方向における回転への切替え点 ２３ Ｘ軸方向における回転力情報 ２４ Ｙ軸方向における回転力情報 ２５ Ｚ軸方向における回転力情報 ２６ 並進力の座標変換 ２７ 回転力の座標変換 １０１ マニピュレータ本体 １０２ ６軸力センサ １０３ 教示点 １０４ ６軸の力情報 １０５ 目標インピーダンス １０６ 軌道修正量 １０７ もともとの目標軌道 １０８ 新たな目標軌道 １０９ サーボコントローラ １１０ サーボコントローラの出力
Claims (2)
- 【請求項１】力センサを用いた力制御によるマニピュレ
ータのダイレクトティーチ装置において、マニピュレー
タ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計測
と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、３
軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択す
る選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ手
先の並進および回転運動の座標軸と力センサに設定した
座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置か
れることを特徴とする教示用力センサ。 - 【請求項２】マニピュレータ手先の並進および回転運動
の座標軸と力センサの座標軸とが互いに平行になるよう
に配置したことを特徴とする請求項１記載の教示用力セ
ンサ。 【０００１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33764296A JP3767643B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 教示用力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33764296A JP3767643B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 教示用力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10156772A true JPH10156772A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3767643B2 JP3767643B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=18310587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33764296A Expired - Fee Related JP3767643B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 教示用力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3767643B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012157946A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Fanuc Ltd | 力センサの出力に基づいてロボットのダイレクトティーチをおこなうロボット教示装置 |
| CN103568011A (zh) * | 2012-07-20 | 2014-02-12 | 精工爱普生株式会社 | 控制系统、程序以及机械装置的控制方法 |
| CN106994687A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-08-01 | 北京卫星环境工程研究所 | 工业机器人末端六维力传感器安装姿态标定方法 |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP33764296A patent/JP3767643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012157946A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Fanuc Ltd | 力センサの出力に基づいてロボットのダイレクトティーチをおこなうロボット教示装置 |
| CN103568011A (zh) * | 2012-07-20 | 2014-02-12 | 精工爱普生株式会社 | 控制系统、程序以及机械装置的控制方法 |
| CN106994687A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-08-01 | 北京卫星环境工程研究所 | 工业机器人末端六维力传感器安装姿态标定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3767643B2 (ja) | 2006-04-19 |
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