JPH1133952A - Method for controlling robot, and method for correcting position and attitude of robot and held object - Google Patents

Method for controlling robot, and method for correcting position and attitude of robot and held object

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JPH1133952A
JPH1133952A JP19429397A JP19429397A JPH1133952A JP H1133952 A JPH1133952 A JP H1133952A JP 19429397 A JP19429397 A JP 19429397A JP 19429397 A JP19429397 A JP 19429397A JP H1133952 A JPH1133952 A JP H1133952A
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洋一 柿坂
Mitsunori Kawabe
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease offset of the position and the attitude of an end effector even if the attitude of an object is changed, in the operation accompanying the contact of the object and the environment, to be generated by a robot arm and a compliancecontrolled end effector. SOLUTION: When the operation for pressing an object to the environment is performed by a robot arm, the target position of the object, in a hand base coordinate system, in which the hand can most easily operate the object is given to a target command determining unit 1A of the arm in the start of the operation, and a target command xd is formed. In the operation, the position in the hand base coordinate system of the gripping object and the attitude are calculated from information of the tip positions of respective fingers by a compliance calculating unit 4A and sequentially sent to the target command determining unit 1A of the arm, the difference between the position of the object, the attitude and the preset target position and attitude of the object is found, transformed into the coordinate system of the arm, the target position and attitude is added to it, and the target command xd is formed on the basis of it and sent to the compliance calculating unit 2A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンプライアンス
を持ったロボットアームとエンドエフェクタのコンプラ
イアンス制御方法および2本以上の多指ハンドを用いて
把持した物体の位置、姿勢を補正する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling compliance of a robot arm and an end effector having compliance, and a method for correcting the position and orientation of an object held by using two or more multi-fingered hands.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロボットによって対象物あるいは外界と
の物理的な接触を伴う作業を行う場合、エンドエフェク
タ自体にコンプライアンスを持たせることが一般的であ
る。この場合、エンドエフェクタにRCCデバイスのよ
うな機械的なコンプライアンス機構を設ける、あるいは
エンドエフェクタ自体をコンプライアンス制御する、あ
るいはロボットア−ムをコンプライアンスアンス制御す
ることが考えられる。ロボットアームのコンプライアン
ス制御とは、ロボットアーム先端の位置と姿勢、および
アーム先端にかかる力を用いて、ロボットの軟らかい動
きをさせる力制御手法である。この手法は、弾性・粘性
・慣性の各パラメータを仮想的に設定したモデルの運動
をロボットの動きで実現するもので、パラメータの値を
変えることによりロボットの見かけ上の応答特性を自由
に設定することができる。コンプライアンス制御は、
2. Description of the Related Art When an operation involving physical contact with an object or the outside world is performed by a robot, it is general that the end effector itself has compliance. In this case, it is conceivable to provide a mechanical compliance mechanism such as an RCC device in the end effector, control the compliance of the end effector itself, or control the compliance of the robot arm. The compliance control of the robot arm is a force control method for making the robot softly move using the position and posture of the robot arm tip and the force applied to the arm tip. In this method, the motion of a model in which the parameters of elasticity, viscosity, and inertia are virtually set is realized by the motion of the robot, and the apparent response characteristics of the robot can be freely set by changing the values of the parameters. be able to. Compliance control is

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】という特性方程式で表される。ここで、M
は仮想慣性係数、Dは仮想粘性係数、Kは仮想弾性係
数、Fはアーム先端が受ける力、Fdは目標力、xはア
ーム先端の現在位置、xdは目標位置を表す。アーム先
端に加わる外力Fを力センサによって計測し、(1)ま
たは(2)式を満足するようにロボットを制御する。一
般によく利用される手法として、図7または図8に示す
ように、コンプライアンスのモデルにしたがってロボッ
トが追従すべき値をコンプライアンス計算部2Aまたは
2Bで(1)または(2)式より求め、その位置に対応
するロボットの各関節角度を逆キネマティクス計算部3
によって求め、これをロボットへの位置指令とする制御
方法がある。エンドエフェクタの一つとして多指ハンド
を考えた場合、特開平5ー177566にて開示されて
いるように、コンプライアンス制御を用いた協調制御に
より外乱が加わっても安定して把持できることが示され
ている。
[0004] This is expressed by a characteristic equation: Where M
Is a virtual inertia coefficient, D is a virtual viscosity coefficient, K is a virtual elastic coefficient, F is a force received by the tip of the arm, Fd is a target force, x is a current position of the tip of the arm, and xd is a target position. The external force F applied to the tip of the arm is measured by a force sensor, and the robot is controlled so as to satisfy the expression (1) or (2). As a generally used technique, as shown in FIG. 7 or FIG. 8, a value to be followed by a robot according to a compliance model is obtained by a compliance calculation unit 2A or 2B from equation (1) or (2), and the position of the value is calculated. Kinematics calculation unit 3 calculates the joint angles of the robot corresponding to
There is a control method that determines the position of the robot and uses it as a position command to the robot. When a multi-finger hand is considered as one of the end effectors, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-177566, it has been shown that cooperative control using compliance control enables stable gripping even when a disturbance is applied. I have.

【0005】物体の接触を伴う作業をロボットアームに
より行う場合、アーム自体をコンプライアンス制御する
手法やアーム先端にコンプライアンス制御されたツール
を取り付ける手法およびそれらを組み合わせた手法を用
いることにより、環境の誤差などを吸収し高精度な作業
の実現が期待できる。ここでは操作対象物のある面を環
境のある面に押しつける動作を、エンドエフェクタとし
てコンプライアンス制御された多指ハンドを持つロボッ
トアームに行わせる例を示す。図9および10はその制
御ブロック図で、目標指令決定部13とコンプライアン
ス計算部4A又は4Bと逆キネマティクス計算部5を備
えたものである。押しつけ動作は、押つける面同士が並
行になるように対象物の姿勢を保ちながら環境へ接近さ
せることで実現される。ここで対象物の回転に関するコ
ンプライアンスが軟らかくなるように(1)式または
(2)式のパラメータを設定することによって、押しつ
ける環境と対象物との相対的な位置および姿勢が不確定
な場合にも対象に倣う形で押しつけ動作が達成される。
予想される環境面16にコンプライアンス制御された多
指ハンド13によって把持された対象14をロボットア
ーム11によって押しつける作業において、予想される
環境面16と実際の環境面15との誤差がある場合、図
11のように目標とは異なる形で対象物14と環境面1
5の接触が生じる。対象物14と環境面15との接触に
よって生じる力とモーメントがハンドの力覚センサ12
によって計測され、制御システム内でコンプライアンス
中心17における力19とモーメント20へと変換さ
れ、(1)式または(2)式のFとして利用される。こ
こで、コンプライアンス中心17の回りの回転の仮想弾
性係数Kを軟らかく設定しておけば、対象物は加わった
モーメント20の方向に回転し姿勢を変える。また、コ
ンプライアンス中心17の位置は設定されているKと外
力18の平衡点へ移動する。このためパラメータの設置
が適当ならば図12に示すように環境面15に対して対
象物14の押しつけが達成される。
When a task involving contact with an object is performed by a robot arm, a method of controlling compliance of the arm itself, a method of attaching a compliance-controlled tool to the end of the arm, and a method combining them are used to reduce environmental errors and the like. Can be expected to realize high-precision work. Here, an example is shown in which an operation of pressing a certain surface of an operation target against a certain surface of an environment is performed by a robot arm having a multi-finger hand that is compliance-controlled as an end effector. FIGS. 9 and 10 are control block diagrams of the control system, which include a target command determination unit 13, a compliance calculation unit 4A or 4B, and an inverse kinematics calculation unit 5. The pressing operation is realized by approaching the environment while maintaining the posture of the object so that the pressing surfaces are parallel to each other. Here, by setting the parameters of Equation (1) or Equation (2) so that the compliance regarding the rotation of the object becomes soft, even when the relative position and posture between the pressing environment and the object are uncertain. The pressing operation is achieved in a manner following the object.
FIG. 9 shows a case where there is an error between the expected environment surface 16 and the actual environment surface 15 in the operation of pressing the object 14 grasped by the compliance-controlled multi-finger hand 13 on the expected environment surface 16 by the robot arm 11. The object 14 and the environment 1 in a different form from the target, such as 11
5 contacts occur. The force and moment generated by the contact between the object 14 and the environment surface 15 are transmitted to the hand force sensor 12.
Is converted into a force 19 and a moment 20 at the compliance center 17 in the control system, and is used as F in the equation (1) or (2). Here, if the virtual elastic coefficient K of rotation about the compliance center 17 is set soft, the object rotates in the direction of the applied moment 20 and changes its posture. Further, the position of the compliance center 17 moves to the equilibrium point of the set K and the external force 18. Therefore, if the setting of the parameters is appropriate, the pressing of the object 14 against the environmental surface 15 is achieved as shown in FIG.

【0006】多指ハンドはアームと比較して外部からの
力やモーメントに対し高い応答性を得られる。そのため
多指ハンドのコンプライアンス制御を利用することによ
り、アームのみを用いた場合よりも環境の変化や誤差に
対して高速かつ柔軟に対応することが可能である。複数
の指を備えた多指ハンドを用いることで物体を把持し、
また把持した状態で物体の位置を変更することができ
る。図13にこの方法の概念ブロック図を示す。多指ハ
ンド21は二本の指22を持ち、各指22は三自由度を
持ち、指制御点23の位置は指制御部24によって制御
され、各指制御部24にハンド制御部25から指制御点
23の位置指令を送ることでハンドとして制御される。
各指22の指先は指制御点23を中心とした半径rの球
状になっている。多指ハンド21を用いて物体を把持さ
せる場合、ハンド制御部25に把持する物体の形状およ
び物体上の把持点の情報が与えられる。ハンド制御部2
5にはこの情報に基づいて物体を把持するための各指制
御点23の位置を決定する。例えば図14のように把持
対象物体28上に把持点29が与えられている場合、指
先端の形状が球であるので対応する指の指制御点が物体
面から垂直にr離れた位置になるようにハンド制御部2
5が指制御点23の位置指令を決定する。この位置指令
は各指制御部24へ送られ、それぞれの指制御点23が
指定された位置を実現することで物体の把持が行われ
る。また、この物体を把持した状態でその位置を移動さ
せる場合には、図15のように各指制御点を同方向へ同
距離移動させることで実現される。
The multi-fingered hand can obtain higher responsiveness to an external force or moment than an arm. Therefore, by using the compliance control of the multi-fingered hand, it is possible to respond faster and flexibly to environmental changes and errors than when only the arm is used. An object is grasped by using a multi-fingered hand having a plurality of fingers,
In addition, the position of the object can be changed while being held. FIG. 13 shows a conceptual block diagram of this method. The multi-fingered hand 21 has two fingers 22, each finger 22 has three degrees of freedom, the position of the finger control point 23 is controlled by the finger control unit 24, and each finger control unit 24 receives a finger from the hand control unit 25. It is controlled as a hand by sending the position command of the control point 23.
The fingertip of each finger 22 has a spherical shape with a radius r around the finger control point 23. When an object is gripped by using the multi-fingered hand 21, information on the shape of the object to be gripped and the grip point on the object is given to the hand control unit 25. Hand control unit 2
In step 5, the position of each finger control point 23 for gripping the object is determined based on this information. For example, when the grip point 29 is given on the grip target object 28 as shown in FIG. 14, since the shape of the finger tip is a sphere, the finger control point of the corresponding finger is vertically r away from the object plane. Hand control unit 2
5 determines the position command of the finger control point 23. The position command is sent to each finger control unit 24, and the finger control point 23 realizes the designated position, thereby gripping the object. Further, when the position is moved while holding the object, this is realized by moving each finger control point in the same direction and the same distance as shown in FIG.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法で
は、環境面の誤差の大部分をより応答性の高い多指ハン
ドで吸収することとなるため、押しつけ動作が終了した
時点で図12のように多指ハンドの姿勢がハンドのベー
スに対して大きく傾く場合がある。このため、この後さ
らにハンドによって物体の位置姿勢を操作する場合に操
作可能な範囲が限られてしまうという問題があった。こ
れは多指ハンドに限らずコンプライアンス制御されたエ
ンドフェクタを利用する場合に常に生じる問題である。
また、目標姿勢からのずれが生じた状態で(2)式が成
立するために外力と目標が一致しない。これらは多指ハ
ンドに限らずコンプライスアンス制御されたエンドフェ
クタヲ持つアームを利用する場合に常に生じる問題であ
る。
In the above-described conventional method, most of the environmental errors are absorbed by the multi-fingered hand having higher responsiveness. As described above, the posture of the multi-fingered hand may be greatly inclined with respect to the base of the hand. Therefore, when the position and orientation of the object is further operated by the hand thereafter, there is a problem that the operable range is limited. This problem is not limited to the multi-fingered hand, and is a problem that always occurs when the compliance-controlled end effector is used.
In addition, since the equation (2) is satisfied in a state where a deviation from the target posture has occurred, the external force does not match the target. These problems are not limited to the multi-fingered hand, but always occur when using an arm having an end effector controlled in compliance.

【0008】また、従来の方法では、物体の位置を移動
させるために指の位置を変化させる際に指の姿勢も変化
し、それに伴って指と物体の接触点の位置がずれ、これ
により物体の位置や姿勢が変化するため物体の正確な位
置姿勢を決定できないという問題があった。例えば、図
16のように把持点a,bで把持された物体に対してx
軸、y軸、z軸方向を設定する。この物体を図17のよ
うにz軸方向に距離L移動させるために把持した各指の
制御位置をz方向にL移動させた場合、移動に伴う指の
姿勢変化によって把持点はa,b,からa’,b’へ変
化し、その把持位置の変化量だけ物体の位置と目標位置
との誤差が生じる。また、図18のようにx軸方向にL
移動させた場合、把持点はa’,b’へ変化し、把持点
の変化する方向が異なるため物体の姿勢が変化する。計
算によりこの変化を補正するには指先や把持物体の正確
な幾何情報が必要となり、また計算量も多く実現は困難
である。
In the conventional method, when the position of the finger is changed to move the position of the object, the posture of the finger also changes, and the position of the contact point between the finger and the object shifts accordingly. However, there is a problem that it is not possible to determine an accurate position and orientation of the object because the position and orientation of the object change. For example, for an object gripped at grip points a and b as shown in FIG.
Set the axis, y-axis, and z-axis directions. When the control position of each finger gripped in order to move this object by the distance L in the z-axis direction as shown in FIG. 17 is moved L in the z direction, the grip points are a, b, and To a ′, b ′, and an error occurs between the position of the object and the target position by the amount of change in the gripping position. Also, as shown in FIG.
When moved, the grip point changes to a ′ and b ′, and the orientation of the object changes because the direction in which the grip point changes is different. Correcting this change by calculation requires accurate geometric information of a fingertip or a grasped object, and the amount of calculation is large, making it difficult to realize.

【0009】本発明の目的は、ロボットアームとコンプ
ライアンス制御されたエンドエフェクタによる対象物の
環境との接触を伴う動作において、対象物の姿勢が変化
してもエンドエフェクタの位置や姿勢の偏りを小さくす
る、ロボットのコンプライアンスの制御方法を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、多指ハンドや把持物
体の詳細な幾何情報を必要とせず、計算処理の少ない、
把持物体の位置・姿勢補償方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the deviation of the position and posture of the end effector even when the posture of the object changes in an operation involving contact between the robot arm and the end effector controlled by compliance with the environment of the object. To provide a robot compliance control method. Another object of the present invention is that it does not require detailed geometric information of a multi-fingered hand or a grasped object, and has a small calculation process.
An object of the present invention is to provide a position / posture compensation method for a grasped object.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第1のロボット
の制御方法は、アームの先端にエンドエフェクタが取り
付けられたロボットの制御方法において、該エンドエフ
ェクタは該アーム先端からの位置あるいは姿勢を変更す
るための自由度を少なくとも1自由度持ち、それらの自
由度のうち一つ以上は機械的あるいは制御によるコンプ
ライアンスが付与されており、外力によって対象物の姿
勢が変化するような動作を行う場合に、前記エンドエフ
ェクタが対象物を最も操作しやすい、エンドエフェクタ
からみた対象物の位置、姿勢を予め決めておき、動作時
に対象物の位置、姿勢の変化をエンドエフェクタで計測
し、これを一定に保つようにアームの位置、姿勢を変更
するものである。
A first robot control method according to the present invention is directed to a robot control method in which an end effector is attached to a tip of an arm, wherein the end effector determines the position or posture from the tip of the arm. When there is at least one degree of freedom to change, one or more of these degrees of freedom are given mechanical or control compliance, and the operation of changing the posture of the object by external force is performed. In advance, the position and orientation of the object as viewed from the end effector, in which the end effector is the easiest to operate the object, are determined in advance, and changes in the position and orientation of the object during operation are measured by the end effector, and this is fixed. The position and posture of the arm are changed so as to maintain the position.

【0011】したがって、コンプライアンス制御によっ
て対象物が環境へ倣うようにエンドエフェクタが対象物
に加わる外力にしたがって姿勢を変えるのと同時に、対
象物にかかる外力が目標力と等しくなるようにアームが
その位置、姿勢を変更するならば、図12のように対象
物の姿勢変化によってエンドエフェクタの姿勢の偏った
状態から、外力と目標力の等しい状態、すなわち図5の
ように対象物を操作しやすい姿勢になる。これによっ
て、この後のエンドエフェクタによる対象物の正確な位
置や姿勢の操作が容易になる。本発明の第1のロボット
は、多指ハンド、アーム先端にそれぞれ取り付けられた
力覚センサと、ハンドベース座標系での各指先端位置の
目標指令と各指の力覚センサからの力情報に基づいてコ
ンプライアンス計算を行い、各指先位置を決定するコン
プライアンス制御部と、各指毎に逆キネマティクスを解
き、前記各指先位置を関節角度指令に変換し、前記多指
ハンドへ送る逆キネマティクス計算部を含むハンド制御
部と、対象物を環境に押しつける動作をロボットアーム
で行う場合、ハンドが対象物を最も操作しやすくなるよ
うな対象物のハンドベース座標系での目標位置と目標姿
勢が動作開始時に与えられ、これら目標位置、目標姿勢
と対象物の現在位置および現在姿勢から目標指令を作成
し、動作時、ハンド制御部のコンプライアンス計算部に
おいて求められた、対象物のハンドベース座標系におけ
る位置、姿勢と予め与えられた対象物の目標位置、目標
姿勢との差をとり、これをアームの座標系における値に
変換してアームの目標位置、目標姿勢に加えて、これに
基づいて目標指令を生成する目標指令決定部と、前記目
標指令とアームの力覚センサからの力情報に基づいて、
アームの目標位置、目標姿勢を計算するコンプライアン
ス計算部と、前記目標位置、目標姿勢を実現するアーム
の関節角度を求め、これをロボットアームへの指令とす
る位置制御を行う逆キネマティクス計算部を含むアーム
制御部を有する。
Therefore, the end effector changes the posture according to the external force applied to the object so that the object follows the environment by the compliance control, and at the same time, the arm is moved to its position so that the external force applied to the object becomes equal to the target force. If the posture is changed, the state where the posture of the end effector is biased due to the posture change of the object as shown in FIG. 12 is changed to the state where the external force and the target force are equal, that is, the posture where the object can be easily operated as shown in FIG. become. This facilitates the subsequent operation of the accurate position and orientation of the object by the end effector. The first robot according to the present invention includes a multi-finger hand, a force sensor attached to each arm tip, a target command of each finger tip position in the hand base coordinate system, and force information from each finger force sensor. A compliance control unit that performs compliance calculation based on each fingertip and determines a position of each fingertip, solves inverse kinematics for each finger, converts each fingertip position into a joint angle command, and sends an inverse kinematics calculation to the multi-fingered hand. When the robot arm performs the operation of pressing the target object to the environment with the hand control unit including the unit, the target position and target posture of the target object in the hand base coordinate system that makes it easy for the hand to operate the target object move Given at the start, a target command is created from these target position, target attitude, and the current position and current attitude of the object. The difference between the position and posture of the object in the hand base coordinate system and the target position and target posture of the object given in advance, obtained in the section, is converted into a value in the coordinate system of the arm, and In addition to the target position, the target attitude, a target command determination unit that generates a target command based on the target command, based on the target command and force information from the force sensor of the arm,
A compliance calculation unit that calculates a target position and a target posture of the arm, and an inverse kinematics calculation unit that calculates a joint angle of the arm that realizes the target position and the target posture and performs position control using the angle as a command to the robot arm. Including an arm control unit.

【0012】本発明の第2のロボットの制御方法は、複
数の自由度を持つロボットアームと、該アームの先端に
取り付けられた少なくとも1自由度持つエンドエフェク
タを有するロボットの制御方法において、アームとエン
ドエフェクタをそれぞれコンプライアンス制御し、それ
ぞれのコンプライアンス制御中心を同一の点に設定し、
エンドエフェクタが外力と目標力が等しいときに対象物
を最も操作しやすい姿勢をとるように設定し、外力によ
って対象物の姿勢が変化するような動作を行う場合に、
アームとエンドエフェクタのそれぞれに等しい目標力を
予め与えてコンプライアンス制御を行い、動作時に対象
物に加わる外力をエンドエフェクタおよびアームにおい
て計測し、これが目標力と等しくなるようにアームの各
部分の位置、姿勢を変更するものである。
According to a second robot control method of the present invention, there is provided a robot control method having a robot arm having a plurality of degrees of freedom and an end effector having at least one degree of freedom attached to a tip of the arm. Each end effector is controlled for compliance, each compliance control center is set to the same point,
When the end effector is set to take the posture that makes it easy to operate the object when the external force and the target force are equal, and when the operation that the posture of the object changes due to the external force is performed,
A target force equal to each of the arm and the end effector is given in advance to perform compliance control, an external force applied to the object during operation is measured at the end effector and the arm, and the position of each part of the arm such that this is equal to the target force, It is to change the posture.

【0013】本発明の実施態様によれば、アームとエン
ドエフェクタのコンプライアンス制御における目標力を
一致させる。本発明の第2のロボットは、コンプライア
ンス制御されたロボットアームの先端にコンプライアン
ス制御された多指ハンドが取り付けられたロボットにお
いて、多指ハンドアーム先端にそれぞれ取り付けられた
力覚センサと、対象物を把持するためのハンドベース座
標系での各指先端位置の目標指令と各指の力覚センサか
らの力情報に基づいて、コンプライアンス中心に加わる
外力を求め、対象物を把持するための各指の協調を含め
たコンプライアンス計算を行い、各指先位置を決定する
コンプライアンス計算部と、各指毎に逆キネマティクス
を解き、前記各指先位置を関節角度指令に変換し、前記
多指ハンドへ送る逆キネマティクス計算部を含むハンド
制御部と、アーム先端を最終的な目標位置および目標姿
勢へ移動させるための目標指令を生成する目標指令決定
部と、前記目標指令とアームの力センサからの力情報に
基づいて、力情報をコンプライアンス中心における力へ
と変換し、コンプライアンス中心の目標位置、目標姿勢
を計算する目標指令決定部と、前記目標位置、目標姿勢
を実現するアームの関節角度を求め、これをロボットア
ームへの指令とする位置制御を行う逆キネマティクス計
算部を含むアーム制御部を有する。
According to the embodiment of the present invention, the target force in the compliance control between the arm and the end effector is made to coincide. According to a second robot of the present invention, in a robot having a compliance-controlled multi-fingered hand attached to the tip of a compliance-controlled robot arm, a force sensor attached to the tip of the multi-fingered hand arm and an object are provided. Based on the target command of each finger tip position in the hand base coordinate system for grasping and the force information from the force sensor of each finger, the external force applied to the compliance center is determined, and the finger force of each finger for grasping the object is determined. A compliance calculator that performs coordination including coordination, determines a fingertip position, and solves inverse kinematics for each finger, converts each fingertip position into a joint angle command, and sends it to the multi-fingered hand. Hand control unit including tics calculation unit and target command to move the arm tip to final target position and target posture A target command determination unit that generates, based on the target command and force information from the force sensor of the arm, converts the force information into a force at the compliance center, and determines a target position and a target attitude at the compliance center. And an arm control unit including an inverse kinematics calculation unit for performing position control in which a joint angle of an arm for realizing the target position and the target posture is obtained, and the obtained angle is used as a command to the robot arm.

【0014】本発明の第3のロボットは、コンプライア
ンス制御されたロボットアームの先端にコンプライアン
ス制御された多指ハンドが取り付けられたロボットにお
いて、多指ハンドに取り付けられた力覚センサと、対象
物を把持するためのハンドベース座標系での各指先端位
置の目標指令と各指の力覚センサからの力情報に基づい
て、コンプライアンス中心に加わる外力を求め、対象物
を把持するための各指の協調を含めたコンプライアンス
計算を行い、各指先位置を決定するコンプライアンス計
算部と、各指毎に逆キネマティクスを解き、前記各指先
位置を関節角度指令に変換し、前記多指ハンドへ送る逆
キネマティクス計算部を含むハンド制御部と、アーム先
端を最終的な目標位置および目標姿勢へ移動させるため
の目標指令を生成する目標指令決定部と、前記多指ハン
ドで計測したコンプライアンス中心に加わる外力をロボ
ットベース座標系での力に変換する座標系変換部と、前
記目標司令部から目標指令と前記座標変換部からの力情
報に基づいてコンプライアンス計算を行い、各指先位置
を決定するコンプライアンス制御部と、各指毎に逆キネ
ナスティクスを解き、前記各指先位置をアームの関節角
度に変換し、これをロボットアームへの指令とする位置
制御を行う逆キネマスティクス計算部を含むアーム制御
部を有する。
According to a third robot of the present invention, in a robot having a compliance-controlled multi-fingered hand attached to the tip of a compliance-controlled robot arm, a force sensor attached to the multi-fingered hand and an object are connected. Based on the target command of each finger tip position in the hand base coordinate system for grasping and the force information from the force sensor of each finger, the external force applied to the compliance center is determined, and the finger force of each finger for grasping the object is determined. A compliance calculator that performs coordination including coordination, and a compliance calculator that determines each fingertip position, solves inverse kinematics for each finger, converts each fingertip position into a joint angle command, and sends it to the multi-fingered hand. Generates a hand control unit including a tics calculation unit and a target command to move the arm tip to the final target position and target posture A target command determining unit, a coordinate system converting unit that converts an external force applied to the compliance center measured by the multi-fingered hand into a force in a robot base coordinate system, and a target command from the target command unit and a command from the coordinate converting unit. A compliance controller that calculates compliance based on force information, determines the position of each fingertip, solves the inverse kinetics for each finger, converts each fingertip position into a joint angle of the arm, and converts this to the robot arm. And an arm control unit including an inverse kinematics calculation unit that performs position control as a command of the above.

【0015】本発明の第4のロボットは、アーム先端
と、機械的にコンタプライアンスを与えられたRCCデ
バイスを持つロボットにおいて、アーム先端に取り付け
られた力覚センサと、アーム先端を最終的な目標位置、
目標姿勢へ移動させるための目標指令を生成する目標指
令決定部と、前記目標指令と前記力覚センサから力情報
に基づいて、コンプライアンス計算を行い、アーム位置
を決定するコンプライアンス計算部、逆キネマティクス
を解き、前記アーム位置をアームの関節角度に変換し、
これをロボットアームへの指令とする位置制御を行う逆
キネマスティクス計算部を含むアーム制御部を有する。
本発明の把持物体の位置、姿勢修正方法は、2本以上の
多指ハンドを用いて把持した物体の位置、姿勢を補正す
る方法であって、把持した物体を移動させた際に生じる
物体の位置、姿勢のずれを複数の代表点に対して予め計
測し、これに基づいて把持した物体を移動させたときの
物体の位置、姿勢のずれを推定し、補正する。
According to a fourth robot of the present invention, in a robot having an arm tip and an RCC device mechanically provided with a contour, a force sensor attached to the arm tip and an arm tip attached to a final target. position,
A target command determining unit that generates a target command for moving to a target posture, a compliance calculator that performs compliance calculation based on the target command and force information from the force sensor, and determines an arm position, a reverse kinematics To convert the arm position to the joint angle of the arm,
An arm control unit including an inverse kinematics calculation unit that performs position control using this as a command to the robot arm is provided.
The method for correcting the position and orientation of a grasped object according to the present invention is a method for correcting the position and orientation of an object grasped by using two or more multi-fingered hands, and the method of correcting an object generated when the grasped object is moved. The displacement of the position and orientation is measured in advance for a plurality of representative points, and based on this, the displacement of the position and orientation of the object when the grasped object is moved is estimated and corrected.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施
の形態のロボットのブロック線図である。これはコンプ
ライアンス制御されたロボットアームの先端にコンプラ
イアンス制御された多指ハンド8を取り付けたものであ
る。アーム制御部では目標指令決定部1Aがアーム先端
を最終的な目標位置および姿勢へ移動させるための目標
指令xdを時系列的にコンプライアンス計算部2Aへ渡
す。コンプライアンス計算部2Aではこの目標指令xd
と力覚センサ6からの力情報Fから特性方程式(1)に
基づいてアーム先端の目標位置、姿勢を計算し、これを
実現するアームの関節角度を逆キネマティクス計算部3
で求め、これをロボットアームへの指令とする位置制御
を行う。ハンド制御部も同様に対象物を把持するための
ハンドベース座標系での各指先端位置の目標指令xdと
各指の力覚センサ7からの力情報に基づいてコンプライ
アンス計算部4Aが協調も含めたコンプライアンス計算
を行い、各指先位置xd’を決定する。これを逆キネマ
ティクス計算部5で各指毎に逆キネマティクスを解き、
関節角度指令θを多指ハンド8へ送る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of the robot according to the first embodiment of the present invention. This is one in which a compliance-controlled multi-finger hand 8 is attached to the tip of a compliance-controlled robot arm. In the arm control unit, the target command determination unit 1A passes a target command xd for moving the tip of the arm to the final target position and posture to the compliance calculation unit 2A in time series. In the compliance calculation unit 2A, the target command xd
And the force information F from the force sensor 6 to calculate the target position and posture of the arm tip based on the characteristic equation (1), and calculate the joint angle of the arm for realizing the target position and posture.
And position control is performed using this as a command to the robot arm. Similarly, the hand control unit 4A also includes the compliance calculation unit 4A based on the target command xd of each finger tip position in the hand base coordinate system for gripping the target object and the force information from the force sensor 7 of each finger. The compliance calculation is performed to determine each fingertip position xd '. The inverse kinematics is solved for each finger by the inverse kinematics calculation unit 5 and
The joint angle command θ is sent to the multi-fingered hand 8.

【0017】対象物を環境に押しつける動作をこのロボ
ットアームで行う場合、本実施形態では予めハンドが対
象物を最も動作しやすくなるような対象物のハンドベー
ス座標系での目標位置、姿勢を動作開始時にアームの目
標指令決定部1Aに与え、この目標とアームの目標位
置、姿勢、対象物の現在位置姿勢情報に基づいて目標指
令xdを作成する。動作時に、コンプライアンス計算部
4Aにおいて、各指の先端位置の情報より把持対象物の
ハンドベース座標系における位置、姿勢を計算する。本
実施形態ではこの対象物の位置、姿勢情報をアームの目
標指令決定部1Aへ逐次送る。目標指令決定部1Aでは
この対象物の位置、姿勢と予め与えられた対象物の目標
位置姿勢との差を取り、これをアームの座標系へ変換し
てアームの目標位置、姿勢へ加え、これに基づいて目標
指令xdを生成し、コンプライアンス計算部2Aへ送
る。これによって押しつけ動作中のハンドの最適な姿勢
からのずれを補償するようにアームの位置、姿勢が制御
される。
When an operation of pressing the object to the environment is performed by the robot arm, in the present embodiment, the target position and the posture in the hand base coordinate system of the object in advance so that the hand can move the object most easily are previously operated. At the start, the target command xd is given to the target command determining section 1A of the arm, and a target command xd is created based on the target, the target position and posture of the arm, and the current position and posture information of the target object. During operation, the compliance calculation unit 4A calculates the position and orientation of the object to be grasped in the handbase coordinate system from information on the tip position of each finger. In this embodiment, the position and orientation information of the target is sequentially sent to the target command determination unit 1A of the arm. The target command determining unit 1A obtains a difference between the position and orientation of the object and a predetermined target position and orientation of the object, converts the difference into a coordinate system of the arm, and adds the result to the target position and orientation of the arm. , And sends it to the compliance calculator 2A. As a result, the position and posture of the arm are controlled so as to compensate for a deviation from the optimum posture of the hand during the pressing operation.

【0018】図2は本発明の第2の実施形態のロボット
のブロック図である。ハンド制御部では、対象物を把持
するためのハンドベース座標系での各指先端位置の目標
指令と各指の力覚センサ7からの力情報Fに基づいて、
コンプライアンス中心に加わる外力を求め、コンプライ
アンス計算部4Bが物体を把持するための各指の協調も
含めたコンプライアンス計算を特定方程式(2)により
行い、各指先位置を決定する。これを逆キネマティクス
部5で各指毎に逆キネマティクスを解き、関節角度指令
を多指ハンド8へ送る。アーム制御部では、目標指令決
定部1Bがアーム先端を最終的な目標位置および姿勢へ
移動させるための目標指令を時系列的にコンプライアン
ス計算部2Bへ渡す。コンプライアンス計算部2Bで
は、目標指令xdとアーム力覚センサ6からの力情報F
に基づいて、力情報Fをコンプライアンス中心における
力へと変換し、コンプライアンス中心の目標位置、姿勢
xd’を計算し、これを実現するアームの関節角度θを
逆キネマティクス計算部3で求め、これをロボットアー
ムへの指令とする位置制御を行う。アームとハンドのコ
ンプライアンス制御中心は同一の座標に設定する。これ
によりアームとハンドそれぞれの求めるコンプライアン
ス中心に加わる外力は等しくなる。
FIG. 2 is a block diagram of a robot according to a second embodiment of the present invention. In the hand control unit, based on a target command of each finger tip position in a hand base coordinate system for gripping an object and force information F from the force sensor 7 of each finger,
The external force applied to the compliance center is obtained, and the compliance calculation unit 4B performs the compliance calculation including the coordination of each finger for gripping the object by the specific equation (2) to determine the position of each fingertip. The reverse kinematics is solved by the reverse kinematics unit 5 for each finger, and a joint angle command is sent to the multi-finger hand 8. In the arm control unit, the target command determination unit 1B passes the target commands for moving the tip of the arm to the final target position and posture to the compliance calculation unit 2B in time series. In the compliance calculator 2B, the target command xd and the force information F from the arm force sensor 6 are obtained.
The force information F is converted into a force at the center of compliance based on the following formula, a target position and posture xd ′ at the center of compliance are calculated, and the joint angle θ of the arm for realizing this is obtained by the inverse kinematics calculation unit 3. Is performed as a command to the robot arm. The center of compliance control between the arm and the hand is set to the same coordinates. As a result, the external force applied to the compliance center required by each of the arm and the hand becomes equal.

【0019】対象物を環境に押しつける動作をこのロボ
ットアームで行う場合、本実施形態ではハンド制御部の
コンプライアンス計算部4Bに、押しつける動作のコン
プライアンス中心における目標力をハンドベース座標系
で与え、アーム制御部のコンプライアンス制御部2Bに
は、ハンドに与えた目標力をアームの姿勢変化に応じて
ロボットベース座標系に変換したものを常に与える。ま
た、外力と目標力が等しい場合にハンドが対象物を最も
操作しやすくなるように、対象物のハンドベース座標系
での目標位置、姿勢をハンドに与える。動作時には、コ
ンプライアンス計算部4Bにおいて、多指ハンド8の各
指の先端位置の情報および各指先端の力覚センサ7で計
測された力情報Fをもとにコンプライアンス中心の力を
求め、把持対象物のハンドベース座標系における位置、
姿勢を計算する。アームのコンプライアンス計算部2B
では、アームの力覚センサによって計測された外力Fか
らコンプライアンス中心に加わる外力と予め与えられた
目標力、アームの現在位置、姿勢、目標指令からアーム
の位置、姿勢を計算する。ここで、アームの仮想弾性係
数を0もしくは非常に小さく設定することによって、外
力と目標力が等しくなるようにアームの位置・姿勢が制
御される。アームとハンドのコンプライアンス中心およ
び目標力は同一に設定されているので、押しつけ動作中
のハンドにおいても目標力と外力が等しくなり、その結
果としてハンドの最適な姿勢からのずれが補償される。
In the present embodiment, when an operation of pressing an object to the environment is performed by the robot arm, a target force at the compliance center of the pressing operation is given to the compliance calculation unit 4B of the hand control unit in a hand base coordinate system. To the compliance control unit 2B of the unit, a value obtained by converting the target force given to the hand to the robot base coordinate system according to the change in the posture of the arm is always given. In addition, the target position and orientation of the object in the hand base coordinate system are given to the hand so that the hand can operate the object most easily when the external force and the target force are equal. In operation, the compliance calculation unit 4B obtains a force at the center of compliance based on the information on the tip position of each finger of the multi-finger hand 8 and the force information F measured by the force sensor 7 on each finger tip. The position of the object in the hand-based coordinate system,
Calculate posture. Arm compliance calculator 2B
Then, the arm position and posture are calculated from the external force applied to the center of compliance from the external force F measured by the force sensor of the arm, the target force given in advance, the current position and posture of the arm, and the target command. Here, by setting the virtual elastic coefficient of the arm to 0 or a very small value, the position and posture of the arm are controlled so that the external force and the target force are equal. Since the compliance center and the target force of the arm and the hand are set to be the same, the target force and the external force are equal in the hand during the pressing operation, and as a result, the deviation from the optimal posture of the hand is compensated.

【0020】図3は本発明の第3の実施形態のロボット
のブロック図である。本実施形態では、アームには力セ
ンサを持たせず、エンドエフェクタで計測したコンプラ
イアンス中心に加わる外力を座標系変換部9でロボット
ベース座標系へ変換し、アームのコンプライアンス計算
部2Cへ逐次送る。コンプライアンス計算部2Cでは、
この対象物に加わる外力と予め与えられた目標力、アー
ムの現在位置、姿勢、目標指令からアームの位置、姿勢
を計算する。これ以降は第2の実施形態と同様である。
この例ではアームの力センサが不要となるが、力情報に
対する座標系変換が必要となる。図4は本発明の第4の
実施形態のロボットのブロック図である。本実施形態で
は、アーム先端にコンプライアンス制御されたエンドエ
フェクタではなく、機械的にコンプライアンスを与えら
れたRCCデバイス10を持つ。このエンドエフェクタ
において機械的に定まるコンプライアンス中心とアーム
のコンプライアンス中心が一致するようにアームを制御
する。また、コンプライアンス中心に加わる目標力とエ
ンドエフェクタの姿勢との関係は予め機械的に決定され
ており、エンドエフェクタの姿勢を最適にする目標力を
アーム制御部のコンプライアンス計算部2Bに与える。
この例ではエンドエフェクタの制御が不要になり、機構
的に簡単化されるが、エンドエフェクタのコンプライア
ンスの変更が難しくなる。
FIG. 3 is a block diagram of a robot according to a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the arm does not have a force sensor, and the external force applied to the center of compliance measured by the end effector is converted into a robot base coordinate system by the coordinate system conversion unit 9 and sequentially sent to the compliance calculation unit 2C of the arm. In the compliance calculator 2C,
The position and posture of the arm are calculated from the external force applied to the object, the target force given in advance, the current position and posture of the arm, and the target command. Subsequent steps are the same as in the second embodiment.
In this example, a force sensor for the arm is not required, but a coordinate system conversion for the force information is required. FIG. 4 is a block diagram of a robot according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the end of the arm is not an end effector that is compliance-controlled, but has an RCC device 10 that is mechanically given compliance. In this end effector, the arm is controlled such that the compliance center mechanically determined and the compliance center of the arm coincide with each other. The relationship between the target force applied to the compliance center and the posture of the end effector is mechanically determined in advance, and the target force for optimizing the posture of the end effector is given to the compliance calculation unit 2B of the arm control unit.
In this example, the control of the end effector becomes unnecessary and the mechanism is simplified, but it becomes difficult to change the compliance of the end effector.

【0021】図6は本発明の第5の実施形態のロボット
のブロック図である。2本の指を持つ多指ハンドを用い
て物体を把持し移動させる作業を例にとって説明する。
ハンド制御部25からは予め与えられた把持物体の形状
および物体上の把持点の情報に基づいて物体を把持する
ための各指制御点の位置を決定し、この位置制御指令を
各指制御部24へ送り、それぞれの指が指定された位置
を実現することで物体の把持が行われる。この把持した
状態での物体の位置を初期値とする。物体の把持が完了
した状態で、ハンド制御部25は補正用データ収集動作
を開始する。この動作ではまず物体を初期位置から予め
与えられた代表点へそれぞれ移動させる。ここでは図6
のx軸、y軸、z軸方向にLだけ移動させた点を代表点
とする。それぞれの位置に物体を移動させた後、物体の
位置姿勢のずれを計測し、その位置姿勢のずれを補正す
るように各指の制御位置の修正値を指先位置入力用イン
タフェ−ス26を用いて入力する。物体の位置姿勢のず
れの計測法としては、視覚センサを用いる方法や多指ハ
ンド操作者が計測する方法などが考えられる。ハンド制
御部25は入力された指制御位置の修正値を指先位置補
正値計算部27へ保存する。全ての代表点についての指
制御点の位置の修正値を入力した時点で補正用データを
収集動作を終了する。実際に物体を移動させる作業を行
う際に、この補正用データを用いて指先位置補正計算部
27で移動後の各指制御点の位置の補正値を予め計算
し、ハンド制御部25で移動のための各指制御点の位置
にこの補正値を加えることにより移動後の把持物体の位
置姿勢を補正する。ここではx軸、y軸、z軸方法の移
動による各指制御位置の補正値が移動量に比例すると仮
定して、作業時のx軸、y軸、z軸方向それぞれの移動
量とLとの比から各指制御位置の値を求める。例えば、
物体をx軸へLだけ移動した代表点での指のx軸方向の
補正値がaであるならば、物体のx軸方向への移動量が
1の場合の指のx軸方向の補正値bは式(3)で表され
る。
FIG. 6 is a block diagram of a robot according to a fifth embodiment of the present invention. The operation of grasping and moving an object using a multi-fingered hand having two fingers will be described as an example.
The position of each finger control point for gripping the object is determined from the hand control unit 25 based on the information of the shape of the grip object and the grip point on the object given in advance. 24, and each finger realizes the designated position, thereby gripping the object. The position of the object in the gripped state is set as an initial value. After the grasp of the object is completed, the hand control unit 25 starts the correction data collection operation. In this operation, first, the object is moved from the initial position to a representative point given in advance. Here, FIG.
The point moved by L in the x-axis, y-axis, and z-axis directions is a representative point. After moving the object to each position, the deviation of the position and orientation of the object is measured, and the correction value of the control position of each finger is corrected using the fingertip position input interface 26 so as to correct the deviation of the position and orientation. Enter As a method of measuring the displacement of the position and orientation of the object, a method using a visual sensor, a method of measurement by a multi-fingered hand operator, and the like can be considered. The hand control unit 25 stores the input correction value of the finger control position in the fingertip position correction value calculation unit 27. When the correction values of the positions of the finger control points for all the representative points are input, the operation of collecting the correction data ends. When actually performing the work of moving the object, a correction value of the position of each finger control point after movement is calculated in advance by the fingertip position correction calculation unit 27 using the correction data, and the hand control unit 25 calculates the correction value of the movement. By adding this correction value to the position of each finger control point for correcting the position and orientation of the grasped object after the movement. Here, it is assumed that the correction value of each finger control position by the movement of the x-axis, y-axis, and z-axis methods is proportional to the movement amount, and the movement amounts in the x-axis, y-axis, and z-axis directions at the time of work and L and , The value of each finger control position is obtained. For example,
If the correction value in the x-axis direction of the finger at the representative point where the object has been moved by L to the x-axis is a, the correction value in the x-axis direction of the finger when the amount of movement of the object in the x-axis direction is 1 b is represented by equation (3).

【0022】[0022]

【数2】 b=a×1/L ・・・・・・・(3)## EQU2 ## b = a × 1 / L (3)

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は下記のよ
うな効果がある。 1)請求項1と2の発明は、コンプライアンスを持つエ
ンドエフェクタを先端に持つロボットアームを用いた操
作対象物の環境への接触を伴う動作において、対象物の
位置姿勢変化に合わせてアームの目標指令を変更するよ
うにしたことにより、エンドエフェクタの最適な姿勢か
らの偏りを減少させ、その後のエンドエフェクタによる
対象物の操作性を向上させることができるという効果が
ある。 2)請求項3から7の発明は、複数の自由度を持つコン
プライアンスを持つ先端部とそれ以外とに分割して制御
可能なロボットアームを用いた操作対象物の環境への接
触を伴う動作において、対象物に加わる外力が先端部の
目標力と等しくなるようにアームのそれぞれの部分をコ
ンプライアンス制御することにより、アーム先端部の最
適な姿勢からの偏りを減少させ、その後のアームによる
対象物の操作性を向上させる効果がある。
As described above, the present invention has the following effects. 1) According to the first and second aspects of the present invention, in an operation involving contact of an operation target with the environment using a robot arm having an end effector having compliance at the tip, the target of the arm is adjusted in accordance with a change in the position and orientation of the target. By changing the command, there is an effect that the deviation of the end effector from the optimal posture can be reduced and the operability of the object by the end effector can be improved thereafter. 2) The invention according to claims 3 to 7 is directed to an operation involving contact of an operation target with an environment using a robot arm which can be divided and controlled into a tip having compliance and a plurality of degrees of freedom. By controlling the compliance of each part of the arm so that the external force applied to the object is equal to the target force of the tip, the deviation of the arm tip from the optimal posture is reduced, and the object is subsequently moved by the arm. This has the effect of improving operability.

【0024】3)請求項8の発明は、2本以上の指を備
えた多指ハンドにおいて、把持した物体を移動させた際
に生じる物体の位置姿勢のずれを複数の代表点に対して
予め計測し、これに基づいて把持した物体を移動させた
ときの物体の位置姿勢のずれを推定しこれを補正するこ
とにより、従来手法に比べて多指ハンドや把持物体の幾
何情報や複雑な計算を必要とせず、任意の多指ハンドに
対して把持物体の移動に伴う位置姿勢の補償が可能であ
るという効果がある。
3) In the multi-finger hand having two or more fingers, the displacement of the position and orientation of the object caused when the grasped object is moved is determined in advance for a plurality of representative points. By measuring and correcting the displacement of the object's position and orientation when moving the grasped object based on this, and correcting this, the geometric information and complex calculations of the multi-fingered hand and the grasped object are compared to the conventional method. This is advantageous in that the position and orientation of an arbitrary multi-fingered hand can be compensated for the movement of the object to be grasped without the need for the hand.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明を用いて押し付けが達成された時点での
アームとハンドの姿勢を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the posture of an arm and a hand at the time when pressing is achieved using the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】第1の従来例のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a first conventional example.

【図8】第2の従来例のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a second conventional example.

【図9】第3の従来例のブロック図である。FIG. 9 is a block diagram of a third conventional example.

【図10】第4の従来例のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a fourth conventional example.

【図11】押しつけ動作時に対象物が環境と接触した時
点での力関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a force relationship at the time when an object comes into contact with an environment during a pressing operation.

【図12】押しつけが達成された時点でのアームとバン
ドの姿勢を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the posture of the arm and the band at the time when the pressing is achieved.

【図13】従来の多指ハンドによる物体把持システムの
構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional object grasping system using a multi-fingered hand.

【図14】物体を把持するための指制御点の決定法を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a method of determining a finger control point for gripping an object.

【図15】指制御点の移動による把持物体の移動を示す
図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating movement of a grasped object due to movement of a finger control point.

【図16】多指ハンドによる物体を把持した際の把持点
と座標系を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a grip point and a coordinate system when an object is gripped by the multi-fingered hand.

【図17】多指ハンドによる把持物体の移動時の物体の
位置、姿勢のずれを示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a shift in the position and orientation of an object when the object to be gripped is moved by the multi-fingered hand.

【図18】多指ハンドによる把持物体の移動時の物体の
位置、姿勢のずれを示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a shift in the position and orientation of an object when the object to be gripped is moved by the multi-fingered hand.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B 目標指令決定部(アーム) 2A,2B コンプライアンス計算部(アーム) 3 逆キネマティクス計算部(アーム) 4A,4B コンプライアンス計算部(ハンド) 5 逆キネマティクス計算部(ハンド) 6,7 力覚センサ 8 多指ハンド 9 座標変換部 10 RCCデバイス 11 ロボットアーム 12 力覚センサ 13 多指ハンド 14 操作対象物 15 実際の環境面 16 予想される環境面 17 コンプライアンス制御中心 18 対象物が環境から受ける力 19 コンプライアンス中心の受ける力 20 コンプライナアンス中心の受けるモーメント 21 多指ハンド 22 指 23 指制御点 24 指制御部 25 ハンド制御部 26 指先位置入力用インタフェ−ス 27 指先位置補正値計算部 28 把持物体 29 把持点 1A, 1B Target command determination unit (arm) 2A, 2B Compliance calculation unit (arm) 3 Reverse kinematics calculation unit (arm) 4A, 4B Compliance calculation unit (hand) 5 Reverse kinematics calculation unit (hand) 6,7 force Sense sensor 8 Multi-fingered hand 9 Coordinate conversion unit 10 RCC device 11 Robot arm 12 Force sensor 13 Multi-fingered hand 14 Object to be operated 15 Actual environment 16 Expected environment 17 Compliance control center 18 Object received from environment Force 19 Force at compliance center 20 Moment at compliance center 21 Multi-finger hand 22 Finger 23 Finger control point 24 Finger control unit 25 Hand control unit 26 Fingertip position input interface 27 Fingertip position correction value calculation unit 28 Grasping Object 29 Gripping point

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アームの先端にエンドエフェクタが取り
付けられたロボットの制御方法において、 該エンドエフェクタは該アーム先端からの位置あるいは
姿勢を変更するための自由度を少なくとも1自由度持
ち、それらの自由度のうち一つ以上は機械的あるいは制
御によるコンプライアンスが付与されており、 外力によって対象物の姿勢が変化するような動作を行う
場合に、前記エンドエフェクタが対象物を最も操作しや
すい、エンドエフェクタからみた対象物の位置、姿勢を
予め決めておき、動作時に対象物の位置、姿勢の変化を
エンドエフェクタで計測し、これを一定に保つようにア
ームの位置、姿勢を変更することを特徴とする、ロボッ
トの制御方法。
1. A method for controlling a robot in which an end effector is attached to an end of an arm, wherein the end effector has at least one degree of freedom for changing a position or a posture from the end of the arm. At least one of the degrees is provided with mechanical or control compliance, and when performing an operation that changes the posture of the object due to external force, the end effector is the easiest to operate the object. The position and orientation of the object viewed from the viewpoint are determined in advance, the change in the position and orientation of the object during operation is measured with an end effector, and the position and posture of the arm are changed so as to keep this constant. How to control a robot.
【請求項2】 アームの先端にコンプライアンス制御さ
れた多指ハンドが取り付けられたロボットにおいて、 多指ハンド、アーム先端にそれぞれ取り付けられた力覚
センサと、 ハンドベース座標系での各指先端位置の目標指令と各指
の力覚センサからの力情報に基づいてコンプライアンス
計算を行い、各指先位置を決定するコンプライアンス制
御部と、各指毎に逆キネマティクスを解き、前記各指先
位置を関節角度指令に変換し、前記多指ハンドへ送る逆
キネマティクス計算部を含むハンド制御部と、 対象物を環境に押しつける動作をロボットアームで行う
場合、ハンドが対象物を最も操作しやすくなるような対
象物のハンドベース座標系での目標位置と目標姿勢が動
作開始時に与えられ、これら目標位置、目標姿勢と対象
物の現在位置および現在姿勢から目標指令を作成し、動
作時、ハンド制御部のコンプライアンス計算部において
求められた、対象物のハンドベース座標系における位
置、姿勢と予め与えられた対象物の目標位置、目標姿勢
との差をとり、これをアームの座標系における値に変換
してアームの目標位置、目標姿勢に加えて、これに基づ
いて目標指令を生成する目標指令決定部と、前記目標指
令とアームの力覚センサからの力情報に基づいて、アー
ムの目標位置、目標姿勢を計算するコンプライアンス計
算部と、前記目標位置、目標姿勢を実現するアームの関
節角度を求め、これをロボットアームへの指令とする位
置制御を行う逆キネマティクス計算部を含むアーム制御
部を有することを特徴とするロボット。
2. A robot in which a compliance-controlled multi-fingered hand is attached to the tip of an arm, wherein the multi-fingered hand, a force sensor attached to the tip of the arm, and the position of each finger tip in a hand base coordinate system. A compliance control is performed based on the target command and force information from the force sensor of each finger to determine the position of each fingertip, and reverse kinematics is solved for each finger, and the position of each fingertip is set to a joint angle command. And a hand control unit including an inverse kinematics calculation unit for sending the multi-fingered hand to the multi-fingered hand, and an object that allows the hand to operate the object most easily when the robot arm performs an operation of pressing the object against the environment. The target position and target attitude in the hand base coordinate system are given at the start of the operation, and these target position, target attitude, current position of the object, and The target command is created from the current posture and the current posture, and at the time of operation, the position and posture in the hand base coordinate system of the target object and the predetermined target position and target posture of the target object obtained in the compliance calculation unit of the hand control unit. And a target command determination unit for converting the difference into a value in the coordinate system of the arm to generate a target command based on the target position and the target posture of the arm, and a target command and an arm force. Based on force information from the sense sensor, a compliance calculation unit that calculates a target position and a target posture of the arm, and a joint angle of the arm that realizes the target position and the target posture are obtained, and this is set as a command to the robot arm. A robot having an arm control unit including an inverse kinematics calculation unit for performing position control.
【請求項3】 複数の自由度を持つロボットアームと、
該アームの先端に取り付けられた少なくとも1自由度持
つエンドエフェクタを有するロボットの制御方法におい
て、 アームとエンドエフェクタをそれぞれコンプライアンス
制御し、それぞれのコンプライアンス制御中心を同一の
点に設定し、エンドエフェクタが外力と目標力が等しい
ときに対象物を最も操作しやすい姿勢をとるように設定
し、外力によって対象物の姿勢が変化するような動作を
行う場合に、アームとエンドエフェクタのそれぞれに等
しい目標力を予め与えてコンプライアンス制御を行い、
動作時に対象物に加わる外力をエンドエフェクタおよび
アームにおいて計測し、これが目標力と等しくなるよう
にアームの各部分の位置、姿勢を変更することを特徴と
する、ロボットの制御方法。
3. A robot arm having a plurality of degrees of freedom,
In a control method of a robot having an end effector having at least one degree of freedom attached to a tip of the arm, the arm and the end effector are respectively subjected to compliance control, the respective compliance control centers are set to the same point, and the end effector is controlled by an external force. When the target force is the same as the target force, the target object is set to take the posture that is most easy to operate.When performing an operation that changes the posture of the target object due to external force, the target force equal to each of the arm and the end effector is set. Perform compliance control by giving in advance,
A robot control method characterized in that an external force applied to a target object during operation is measured by an end effector and an arm, and the position and orientation of each part of the arm are changed such that the force becomes equal to a target force.
【請求項4】 アームとエンドエフェクタのコンプライ
アンス制御における目標力を一致させる請求項1記載の
ロボットの制御方法。
4. The robot control method according to claim 1, wherein the target force in the compliance control between the arm and the end effector is made equal.
【請求項5】 コンプライアンス制御されたロボットア
ームの先端にコンプライアンス制御された多指ハンドが
取り付けられたロボットにおいて、 多指ハンド、アーム先端にそれぞれ取り付けられた力覚
センサと、 対象物を把持するためのハンドベース座標系での各指先
端位置の目標指令と各指の力覚センサからの力情報に基
づいて、コンプライアンス中心に加わる外力を求め、対
象物を把持するための各指の協調を含めたコンプライア
ンス計算を行い、各指先位置を決定するコンプライアン
ス計算部と、各指毎に逆キネマティクスを解き、前記各
指先位置を関節角度指令に変換し、前記多指ハンドへ送
る逆キネマティクス計算部を含むハンド制御部と、 アーム先端を最終的な目標位置および目標姿勢へ移動さ
せるための目標指令を生成する目標指令決定部と、前記
目標指令とアームの力センサからの力情報に基づいて、
力情報をコンプライアンス中心における力へと変換し、
コンプライアンス中心の目標位置、目標姿勢を計算する
目標指令決定部と、前記目標位置、目標姿勢を実現する
アームの関節角度を求め、これをロボットアームへの指
令とする位置制御を行う逆キネマティクス計算部を含む
アーム制御部を有することを特徴とするロボット。
5. A robot having a compliance-controlled multi-fingered hand attached to the tip of a compliance-controlled robot arm, a multi-fingered hand, a force sensor attached to the tip of the arm, and a gripper for gripping an object. Based on the target command of each finger tip position in the hand base coordinate system and the force information from the force sensor of each finger, find the external force applied to the center of compliance, including the coordination of each finger to grasp the object A compliance calculator that performs compliance calculations and determines each fingertip position, and an inverse kinematics calculator that solves inverse kinematics for each finger, converts each fingertip position into a joint angle command, and sends it to the multi-finger hand. And a target command for moving the tip of the arm to a final target position and target posture. A target command determining unit, based on the target command and force information from a force sensor of the arm,
Convert force information into compliance-centric force,
A target command determination unit that calculates a target position and a target posture of the compliance center, and an inverse kinematics calculation that calculates a joint angle of an arm that achieves the target position and the target posture and performs position control using the joint angle as a command to a robot arm. A robot having an arm control unit including a unit.
【請求項6】 コンプライアンス制御されたロボットア
ームの先端にコンプライアンス制御された多指ハンドが
取り付けられたロボットにおいて、 多指ハンドに取り付けられた力覚センサと、 対象物を把持するためのハンドベース座標系での各指先
端位置の目標指令と各指の力覚センサからの力情報に基
づいて、コンプライアンス中心に加わる外力を求め、対
象物を把持するための各指の協調を含めたコンプライア
ンス計算を行い、各指先位置を決定するコンプライアン
ス計算部と、各指毎に逆キネマティクスを解き、前記各
指先位置を関節角度指令に変換し、前記多指ハンドへ送
る逆キネマティクス計算部を含むハンド制御部と、 アーム先端を最終的な目標位置および目標姿勢へ移動さ
せるための目標指令を生成する目標指令決定部と、前記
多指ハンドで計測したコンプライアンス中心に加わる外
力をロボットベース座標系での力に変換する座標系変換
部と、前記目標司令部から目標指令と前記座標変換部か
らの力情報に基づいてコンプライアンス計算を行い、各
指先位置を決定するコンプライアンス制御部と、各指毎
に逆キネマティクスを解き、前記各指先位置をアームの
関節角度に変換し、これをロボットアームへの指令とす
る位置制御を行う逆キネマスティクス計算部を含むアー
ム制御部を有することを特徴とするロボット。
6. A robot in which a compliance-controlled multi-fingered hand is attached to the tip of a compliance-controlled robot arm, a force sensor attached to the multi-fingered hand, and a hand base coordinate for gripping an object. Based on the target command of each finger tip position in the system and the force information from the force sensor of each finger, the external force applied to the compliance center is calculated, and the compliance calculation including the coordination of each finger to grasp the target object is performed. Hand control including a compliance calculator for determining each fingertip position, solving inverse kinematics for each finger, converting each fingertip position to a joint angle command, and sending the joint angle command to the multi-finger hand. A target command determining unit for generating a target command for moving the tip of the arm to the final target position and target posture; A coordinate system conversion unit that converts an external force applied to the compliance center measured by the multi-fingered hand into a force in a robot base coordinate system, and a compliance calculation based on a target command from the target command unit and force information from the coordinate conversion unit. And a compliance control unit that determines the position of each fingertip, solves the inverse kinematics for each finger, converts the position of each fingertip into a joint angle of the arm, and performs position control as a command to the robot arm. A robot having an arm control unit including an inverse kinematics calculation unit.
【請求項7】 アーム先端と、機械的にコンタプライア
ンスを与えられたRCCデバイスを持つロボットにおい
て、 アーム先端に取り付けられた力覚センサと、 アーム先端を最終的な目標位置、目標姿勢へ移動させる
ための目標指令を生成する目標指令決定部と、前記目標
指令と前記力覚センサから力情報に基づいて、コンプラ
イアンス計算を行い、アーム位置を決定するコンプライ
アンス計算部、逆キネマティクスを解き、前記アーム位
置をアームの関節角度に変換し、これをロボットアーム
への指令とする位置制御を行う逆キネマスティクス計算
部を含むアーム制御部を有することを特徴とするロボッ
ト。
7. A robot having an arm tip and an RCC device mechanically provided with a conformance, wherein a force sensor attached to the arm tip and the arm tip are moved to a final target position and target posture. A target command determining unit for generating a target command for performing a compliance calculation based on force information from the target command and the force sensor, determining an arm position, solving inverse kinematics, A robot having an arm control unit including an inverse kinematics calculation unit that performs position control by converting a position into a joint angle of an arm and using the angle as a command to a robot arm.
【請求項8】 2本以上の多指ハンドを用いて把持した
物体の位置、姿勢を補正する方法であって、 把持した物体を移動させた際に生じる物体の位置、姿勢
のずれを複数の代表点に対して予め計測し、これに基づ
いて把持した物体を移動させたときの物体の位置、姿勢
のずれを推定し、補正する把持物体の位置、姿勢修正方
法。
8. A method for correcting the position and orientation of an object grasped by using two or more multi-fingered hands, wherein the displacement of the position and orientation of the object caused by moving the grasped object is calculated by a plurality of methods. A method of correcting the position and orientation of a grasped object, which measures in advance a representative point and estimates and corrects a deviation of the position and orientation of the object when the grasped object is moved based on the measurement.
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