JPH1158285A - Force control system of hand mechanism - Google Patents

Force control system of hand mechanism

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Publication number
JPH1158285A
JPH1158285A JP21942397A JP21942397A JPH1158285A JP H1158285 A JPH1158285 A JP H1158285A JP 21942397 A JP21942397 A JP 21942397A JP 21942397 A JP21942397 A JP 21942397A JP H1158285 A JPH1158285 A JP H1158285A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
drive shaft
estimated
command value
hand mechanism
Prior art date
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Pending
Application number
JP21942397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Horiuchi
雅彦 堀内
Yoshiyuki Tomita
良幸 冨田
Yasushi Kobarikawa
靖 小梁川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP21942397A priority Critical patent/JPH1158285A/en
Publication of JPH1158285A publication Critical patent/JPH1158285A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out multishaft force control without adding a special device such as a force sensor, etc. SOLUTION: Motor generating torque input voltage from a motor driver is transformed (S1) to a digital signal by an A/D board, and a driving shaft external force estimated value is found by using a disturbance observer. A tool head end external force estimated value is found (S3) by applying coordinate transformation (S2) by using a Yacobian matrix against this driving shaft external force estimated value. Force deflection of the tool head end external force estimated value and a tool head end force command value is found (4), this force deflection is transformed to a speed command value, the speed command value is transformed to an analog signal by the D/A board, and it is supplied to the motor driver. The motor driver drives an AC servo motor in accordance with a speed command.

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】本発明はツールを持つロボッ
トハンド機構に用いられる力制御システムに関し、特に
ロボット本体に取り付けられて、ツールによってグライ
ンダ作業や金型磨き作業等の加工作業を自動的に行う加
工作業ロボットに使用されるロボットハンド機構用力制
御システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force control system used for a robot hand mechanism having a tool, and more particularly to a force control system which is attached to a robot body and automatically performs a grinding operation, a mold polishing operation, and the like by a tool. The present invention relates to a force control system for a robot hand mechanism used in a processing work robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、グラインダ作業は、主
に、バリ取り作業とならし作業とに分類される。バリ取
り作業は、形状精度を必要とし位置制御が重要となる場
合と、力制御倣いによってバリのみを加工する場合に分
けられる。一方、ならし作業は力制御による加工方法で
ある。
2. Description of the Related Art As is well known, a grinder operation is mainly classified into a deburring operation and a leveling operation. The deburring operation is divided into a case where shape accuracy is required and position control is important, and a case where only burrs are processed by force control copying. On the other hand, the leveling operation is a processing method by force control.

【0003】グラインダ作業を行う従来技術として数値
制御装置を持った工作機械(NC加工機)が広く知られ
ている。この種のNC加工機は、ワークに対するカッタ
ー経路を数値的にプログラミング(ティーチング)し、
実行(プレイバック)することで加工を行うものであ
り、前述の位置制御方式によるものである。このため、
このようなNC加工機では、一般的に、加工力の制御を
行っていない。バリの発生箇所、大きさが同種類のワー
クでもばらつきがあり、特に、鋳物品の場合は、鋳型の
精度によって、外形寸法が異なったり、バリの発生具合
も左右される。その為、このようなバリ取り作業にNC
加工機を用いる場合、その都度ティーチングデータを修
正する必要がある。従って、NC加工機をそのままバリ
取り作業に適用するのは実用上問題がある。
[0003] A machine tool (NC machine) having a numerical controller is widely known as a conventional technique for performing a grinder operation. This type of NC machine numerically programs (teaches) a cutter path for a workpiece,
Processing is performed by executing (playback), and is based on the above-described position control method. For this reason,
In such NC processing machines, generally, the control of the processing force is not performed. Variations in the location and size of burrs vary even among works of the same type. In particular, in the case of cast articles, the outer dimensions differ and the degree of burrs also depends on the accuracy of the mold. Therefore, NC is used for such deburring work.
When using a processing machine, it is necessary to correct the teaching data each time. Therefore, there is a practical problem in applying the NC machine directly to the deburring operation.

【0004】次に、力制御方式による加工作業を行う従
来技術について説明する。
Next, a description will be given of a conventional technique for performing a machining operation by a force control method.

【0005】市販の多関節ロボットに力制御機能を持
ったハンドを組み合わせる方式。この方式では、多関節
ロボットの先端に、1自由度の力制御軸を持ったハンド
とをシリーズに結合しているものがある。この場合、ハ
ンド部単体では、一方向にしか加工力が制御できない。
A method of combining a commercially available articulated robot with a hand having a force control function. In this method, there is an articulated robot in which a hand having a force control axis having one degree of freedom is connected in series to a tip of the articulated robot. In this case, the processing force can be controlled only in one direction by the hand unit alone.

【0006】アーム先端と研削グラインダとの間に緩
衝装置を設ける方式。この方式は、例えば、特開平6−
246619号公報「研削グラインダ用緩衝装置」に開
示されている。この公報には、ある程度の凹凸がある加
工面に対しロボットアームを直線的に移動させてもグラ
インダが表面形状にならって砥石を常に一定圧力で加工
面に接触させることができ、円筒状加工面に対しロボッ
トアームを回転させることなく円弧運動させることによ
り砥石を常に一定圧力で加工面に接触させている。すな
わち、この公報に開示された研削グラインダ用緩衝装置
は、グラインダを構成する回転駆動機と砥石の間に伝動
軸が内挿されたケーシングの外周面に球面状突起を設
け、この球面状突起をロボットやマニプレータアームに
取り付けたハウジング内の球面座で支持することによ
り、この球面座を支点として、グラインダがあらゆる方
向に揺動することができ、砥石の半径方向のどの方向か
ら押されても、反対方向に緩衝できる構成をしている。
A system in which a shock absorber is provided between the tip of the arm and the grinding grinder. This method is described in, for example,
No. 246619, "Buffer for Grinding Grinder". According to this publication, even if the robot arm is moved linearly on a processing surface with some unevenness, the grinder follows the surface shape and the grinding stone can always contact the processing surface with a constant pressure, and the cylindrical processing surface On the other hand, the grindstone is always brought into contact with the processing surface at a constant pressure by making the robot arm perform an arc movement without rotating. That is, the shock absorber for a grinding grinder disclosed in this publication provides a spherical projection on the outer peripheral surface of a casing in which a transmission shaft is inserted between a rotary driving machine and a grindstone constituting a grinder, and the spherical projection is provided. By supporting with a spherical seat in the housing attached to the robot or manipulator arm, the grinder can swing in all directions with this spherical seat as a fulcrum, even if it is pushed from any direction in the radial direction of the grindstone, It has a configuration that can buffer in the opposite direction.

【0007】前記、の方式では、加工ツールに直接
力制御用のアクチュエータが取り付けられており、その
ため応答性や精度が高いという長所がある。しかしなが
ら、上記方式では緩衝作用があるために機械剛性が低く
位置制御加工ができないという問題点がある。従って、
力制御のみに限定されてしまう。
In the above-mentioned method, an actuator for directly controlling a force is attached to a machining tool, and therefore, there is an advantage that responsiveness and accuracy are high. However, the above-mentioned method has a problem that the mechanical rigidity is low and the position control processing cannot be performed due to the buffering action. Therefore,
It is limited to force control only.

【0008】このため、前記位置制御方式と、力制御
方式とを組み合わせ、ソフト的手段で切り換える方式と
して、市販の多関節ロボット先端部とグラインダモータ
(ルールモータ)との間に力センサを設けて、多軸力制
御を行う方式がある。この方式では、ある方向に力制御
する場合、ロボット関節の全モータが力制御対象とな
る。このため、本方式は応答性が低く、動的な精度に劣
る。
[0008] Therefore, as a method of combining the position control method and the force control method and switching by software means, a force sensor is provided between the tip of a commercially available articulated robot and a grinder motor (rule motor). There is a method of performing multi-axial force control. In this method, when force control is performed in a certain direction, all motors of the robot joint are subject to force control. For this reason, this system has low response and is inferior in dynamic accuracy.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の方式では、3
次元的な加工面に対しては、ロボット本体がハンドの姿
勢を変える動作を行っている。一般に、多関節ロボット
で、先端部の位置を変える場合、ロボットアーム全体を
動かす関節に使用されるベース側のモータをも動作させ
る必要がある。したがって、小さい移動距離で高速な運
動を行う場合は不利である。
In the above method, 3
The robot body performs an operation of changing the posture of the hand on a dimensional machined surface. Generally, when changing the position of the tip of an articulated robot, it is necessary to operate a base-side motor used for a joint that moves the entire robot arm. Therefore, it is disadvantageous when performing high-speed exercise with a small moving distance.

【0010】また、の方式は、砥石(ツール)に対し
て半径方向に加わる力のみを緩衝するものであって、あ
らゆる方向から作用する力を緩衝するものではない。
In the method described above, only the force applied to the grindstone (tool) in the radial direction is buffered, and the force acting from all directions is not buffered.

【0011】上記の方式では、各関節の運動精度の誤
差が積み上げられ、力制御精度の劣化要因となる。ま
た、ロボットアーム全体を動かす関節から観ると、数十
〜数百kgwの全アーム重量を動かしながら、数kgf
程度の先端部の加工力を制御するため、力制御の感度を
高める点で不利である。さらに、力センサの機械剛性が
低いために、加工作業、特に重切削作業等振動を伴う加
工を行う場合には力センサの耐久性・信頼性の問題があ
る。
In the above-mentioned method, errors in the motion accuracy of each joint are accumulated, which causes deterioration of the force control accuracy. Also, when viewed from the joint that moves the entire robot arm, several kgf while moving the entire arm weight of several tens to several hundreds kgw
This is disadvantageous in that the sensitivity of force control is increased because the degree of processing force at the tip is controlled. Further, since the mechanical rigidity of the force sensor is low, there is a problem of durability and reliability of the force sensor when performing a processing operation, particularly a processing involving vibration such as a heavy cutting operation.

【0012】一般に多関節ロボットでは、アーム(リン
ク)をシリーズに結合しているため、先端部の機械剛性
を高く保つことが不利な機構となっている。そこで、負
荷能力(加工反力に対する堅牢さ)を高める為、ロボッ
ト本体の構造としては、大型化する傾向にある。
Generally, in an articulated robot, since an arm (link) is connected to a series, it is disadvantageous to maintain high mechanical rigidity at the distal end. Therefore, in order to increase the load capacity (the robustness against the processing reaction force), the structure of the robot body tends to be large.

【0013】これらの問題に対処するため、本発明者ら
は、位置制御による加工と力制御による加工の両方に対
応できるロボットハンド機構を既に提供している(特開
平9−1491号公報)。しかしながら、その公報には
それ用の力制御システムの具体例については何等開示し
ていない。また、上述したように、力センサを使用する
と耐久性・信頼性の点で問題があるので、力センサ等の
特別な装置を付加することは好ましくない。
In order to deal with these problems, the present inventors have already provided a robot hand mechanism capable of coping with both processing by position control and processing by force control (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-1491). However, the publication does not disclose any specific example of the force control system for that purpose. Further, as described above, the use of a force sensor causes problems in durability and reliability, and it is not preferable to add a special device such as a force sensor.

【0014】したがって、本発明の課題は、力センサ等
の特別な装置を付加することなく、多軸力制御を行うこ
とができるハンド機構の力制御システムを提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a force control system of a hand mechanism capable of performing multiaxial force control without adding a special device such as a force sensor.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ワーク
に対して加工を行うためのツールを持つハンド機構に用
いられる力制御システムであって、前記ハンド機構は、
前記ツールを一面側で保持するエンドプレートと;該エ
ンドプレートとその他面側で離間して対向配置され、中
心軸を有するベースフレームと;前記中心軸の回りに回
転対称に配置されて前記ベースフレームに取り付けら
れ、各々が前記エンドプレート側へ延在した駆動軸と該
駆動軸を回転を阻止して伸縮する手段とをもつN(Nは
2以上の整数)個のモータと;前記エンドプレートの他
面側に一端がそれぞれ固定され、他端がそれぞれ前記N
個のモータの駆動軸の先端で揺動自在に連結されたN個
の関節機構とを有し、前記力制御システムは、駆動軸力
指令値と駆動軸位置とからツール先端外力推定値を求め
る力推定装置と、前記ツール先端外力推定値とツール先
端力指令値との力偏差を求める手段と、前記力偏差を速
度指令に変換する手段と、前記速度指令に従って前記モ
ータを駆動する手段とを備えたことを特徴とするハンド
機構の力制御システムが得られる。
According to the present invention, there is provided a force control system used for a hand mechanism having a tool for processing a workpiece, wherein the hand mechanism comprises:
An end plate that holds the tool on one surface side; a base frame having a center axis that is spaced apart from the end plate on the other surface side and has a central axis; and the base frame that is arranged rotationally symmetrically around the central axis. N (N is an integer of 2 or more) motors each having a drive shaft extending toward the end plate and a means for preventing the drive shaft from rotating and extending and contracting; One end is fixed to the other surface, and the other end is
And N joint mechanisms that are swingably connected at the tips of the drive shafts of the motors. The force control system obtains an estimated value of the tool tip external force from the drive shaft force command value and the drive shaft position. A force estimating device, means for obtaining a force deviation between the tool tip external force estimated value and the tool tip force command value, means for converting the force deviation into a speed command, and means for driving the motor according to the speed command. A force control system for a hand mechanism is provided.

【0016】[0016]

【作用】本発明では、力推定装置によって駆動軸力指令
値と駆動軸位置とからツール先端外力推定値を求めてい
るので、力センサ等の特別な装置を付加することなく、
多軸力制御を行うことができる。
According to the present invention, an external force estimated value at the tool tip is obtained from the drive shaft force command value and the drive shaft position by the force estimating device, so that a special device such as a force sensor is not required.
Multi-axial force control can be performed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】図2を参照して、本発明に係る力制御シス
テムが適用されるロボットハンド機構を備えた加工作業
ロボットについて説明する。加工作業ロボットは、ロボ
ット本体1と、ロボット本体1に取り付けられたロボッ
トハンド機構2と、ロボット本体1およびロボットハン
ド機構2を制御するロボットコントローラ3と、このロ
ボットコントローラ3からのモータ発生トルク電圧に応
答して、後述する演算を行い、速度指令電圧をロボット
コントローラ3へ与えるホストコンピュータ4とを有す
る。ロボットハンド機構2は、ワーク(図示せず)に対
して加工を行うためのツール2aを持つ。
Referring to FIG. 2, a working robot having a robot hand mechanism to which the force control system according to the present invention is applied will be described. The machining robot includes a robot body 1, a robot hand mechanism 2 attached to the robot body 1, a robot controller 3 for controlling the robot body 1 and the robot hand mechanism 2, and a motor generated torque voltage from the robot controller 3. In response, a host computer 4 that performs an operation described later and supplies a speed command voltage to the robot controller 3. The robot hand mechanism 2 has a tool 2a for processing a work (not shown).

【0019】図示の加工作業ロボットにおいて、ロボッ
ト本体1は4自由度で構成され、ロボットハンド機構2
は3自由度で構成されている。すなわち、ロボット本体
1は、固定胴体部1aと、この固定胴体部1aに対して
Z軸方向に上下動可能でかつθ軸の回りに回転可能に支
持された可動胴体部1bと、この可動胴体部1bに対し
てR軸方向に移動回転に支持されたロボットアーム1c
とを有する。ロボットアーム1cはロボットハンド機構
2をT軸の回りに回転可能に支持している。一方、ロボ
ットハンド機構2は後述するように3本の駆動軸を備
え、3本の駆動軸をそれぞれH1軸、H2軸、およびH
2軸方向に伸縮可能である。
In the illustrated working robot, the robot body 1 has four degrees of freedom, and a robot hand mechanism 2
Has three degrees of freedom. That is, the robot body 1 includes a fixed body 1a, a movable body 1b supported to be vertically movable in the Z-axis direction and rotatable about the θ-axis with respect to the fixed body 1a, and the movable body 1b. Robot arm 1c supported for movement and rotation in the R-axis direction with respect to portion 1b
And The robot arm 1c supports the robot hand mechanism 2 rotatably around the T axis. On the other hand, the robot hand mechanism 2 has three drive axes as described later, and the three drive axes are respectively H1 axis, H2 axis, and H axis.
It can expand and contract in two axial directions.

【0020】図3を参照して、ロボットハンド機構2に
ついて説明する。図3において、(A)は正面図、
(B)は側面図である。ロボットハンド機構2は、ロボ
ット本体1のロボットアーム1c(図2)に取り付けら
れ、ワークに対して加工を行うためのツール2aを持
つ。ロボットハンド機構2はエンドプレート10と、ベ
ースフレーム20と、第1乃至第3の直動機構30A,
30B,30Cと、第1乃至第3の関節機構40A,4
0B,40Cとを有する。第1乃至第3の直動機構30
A,30B,30Cの各々はACサーボモータで構成さ
れている。
The robot hand mechanism 2 will be described with reference to FIG. 3, (A) is a front view,
(B) is a side view. The robot hand mechanism 2 is attached to a robot arm 1c (FIG. 2) of the robot body 1, and has a tool 2a for processing a workpiece. The robot hand mechanism 2 includes an end plate 10, a base frame 20, first to third linear motion mechanisms 30A,
30B, 30C and first to third joint mechanisms 40A, 4
0B and 40C. First to third linear motion mechanisms 30
Each of A, 30B and 30C is constituted by an AC servomotor.

【0021】エンドプレート10はツール2aを一面側
で保持している。エンドプレート10にはグラインダモ
ータ50が固定されており、グラインダモータ50はツ
ール2aを回転することにより、ワークの加工を行う。
The end plate 10 holds the tool 2a on one side. A grinder motor 50 is fixed to the end plate 10, and the grinder motor 50 processes the workpiece by rotating the tool 2a.

【0022】ベースフレーム20は中心軸Oを有し、エ
ンドプレート10とその他面側で離間して対向配置され
ている。ベースフレーム20はロボットアーム1c(図
2)に回転可能に支持された基部21と、この基部21
からエンドプレート10側へ離間して基部21と対向配
置された頭部22と、基部21と頭部22との間を結合
する結合部23とを有する。ベースフレーム20の頭部
22には、それぞれ、第1乃至第3の直動機構30A,
30B,30Cを第1乃至第3の支持軸A,B,Cの回
りに回転可能に支持するための第1乃至第3の主軸受け
24A,24B,24Cが固定されている。第1乃至第
3の支持軸A,B,Cは、中心軸Oと直交する平面上で
中心軸Oの回りに回転対称に配置されている。
The base frame 20 has a central axis O, and is arranged opposite to the end plate 10 on the other surface side. The base frame 20 includes a base 21 rotatably supported by the robot arm 1c (FIG. 2),
A head 22 that is spaced from the base plate 21 and faces the end plate 10, and that is opposed to the base 21, and a connecting portion 23 that connects the base 21 and the head 22. The head 22 of the base frame 20 has first to third linear motion mechanisms 30A,
First to third main bearings 24A, 24B, 24C for rotatably supporting 30B, 30C around first to third support shafts A, B, C are fixed. The first to third support shafts A, B, C are rotationally symmetric about the central axis O on a plane orthogonal to the central axis O.

【0023】第1乃至第3の直動機構30A,30B,
30Cは、中心軸Oの回りに回転対称に配置されてベー
スフレーム20の頭部22に取り付けられている。すな
わち、第1乃至第3の直動機構30A,30B,30C
は、それぞれの第1乃至第3の支持軸A,B,Cが正三
角形の一辺をなすように配置されている。第1乃至第3
の直動機構30A,30B,30Cの各々は、エンドプ
レート10側へ延存したボールネジスプライン軸(駆動
軸)31を有し、ボールネジスプライン軸31を回転を
阻止して伸縮する機構(図示せず)をもつ。また、第1
乃至第3の直動機構30A,30B,30Cの各々は、
ボールネジスプライン軸31の軸方向と直交する方向に
延在する2本の主シャフト32を備えている。第1乃至
第3の直動機構30A,30B,30Cの2本の主シャ
フト32は、それぞれ、前述した第1乃至第3の軸受け
24A,24B,24C中に回転自在に支持されて、上
記第1乃至第3の支持軸A,B,Cとして作用する。
The first to third linear motion mechanisms 30A, 30B,
30C is mounted on the head 22 of the base frame 20 so as to be arranged rotationally symmetrically about the central axis O. That is, the first to third linear motion mechanisms 30A, 30B, 30C
Are arranged such that the first to third support axes A, B, and C form one side of an equilateral triangle. First to third
Each of the linear motion mechanisms 30A, 30B, and 30C has a ball screw spline shaft (drive shaft) 31 extending toward the end plate 10 and a mechanism (not shown) that prevents the ball screw spline shaft 31 from rotating and expanding and contracting. ). Also, the first
Each of the third to third linear motion mechanisms 30A, 30B, 30C
It has two main shafts 32 extending in a direction perpendicular to the axial direction of the ball screw spline shaft 31. The two main shafts 32 of the first to third linear motion mechanisms 30A, 30B, 30C are rotatably supported in the first to third bearings 24A, 24B, 24C, respectively. Act as the first to third support shafts A, B, C.

【0024】第1乃至第3の関節機構40A,40B,
40Cは、エンドプレート10の他面側に一端がそれぞ
れ固定され、他端がそれぞれ第1乃至第3の直動機構3
0A,30B,30Cのボールネジスプライン軸31の
先端で揺動自在に連結されている。換言すれば、第1乃
至第3の直動機構30A,30B,30Cのボールネジ
スプライン軸31は、3つの回転自由度をもつ第1乃至
第3の関節機構40A,40B,40Cを介してエンド
プレート10に接続されている。第1乃至第3の関節機
構40A,40B,40Cの各々は、ボールネジスプラ
イン軸31の先端にその軸の回りに回転自在に連結され
たコ字型の第1のフレーム41と、エンドプレート10
の他面側に固定されたコ字型の第2のフレーム42とを
有する。
The first to third joint mechanisms 40A, 40B,
40C has one end fixed to the other surface side of the end plate 10 and the other end respectively connected to the first to third linear motion mechanisms 3.
The ends of the ball screw spline shafts 31A, 30B and 30C are swingably connected. In other words, the ball screw spline shaft 31 of the first to third linear motion mechanisms 30A, 30B, 30C is connected to the end plate via the first to third joint mechanisms 40A, 40B, 40C having three rotational degrees of freedom. 10 is connected. Each of the first to third joint mechanisms 40A, 40B, 40C has a U-shaped first frame 41 rotatably connected to the tip of a ball screw spline shaft 31 around the shaft, and an end plate 10
And a U-shaped second frame 42 fixed to the other surface.

【0025】図4を参照して、ロボットハンド機構コン
トローラの構成について説明する。前述したように、ロ
ボットハンド機構2は第1乃至第3の直動機構30A,
30B,30Cとしての3台のACサーボモータ5を有
する。ロボットコントローラ3はこれら3台のACサー
ボモータ5を制御するための3台のモータドライバ6を
含む。ホストコンピュータ4はA/Dボード7とD/A
ボード8とカウンタボード9と含む。
The configuration of the robot hand mechanism controller will be described with reference to FIG. As described above, the robot hand mechanism 2 includes the first to third linear motion mechanisms 30A,
It has three AC servomotors 5 as 30B and 30C. The robot controller 3 includes three motor drivers 6 for controlling these three AC servomotors 5. The host computer 4 has an A / D board 7 and a D / A
It includes a board 8 and a counter board 9.

【0026】モータドライバ6から出力されているモー
タ発生トルク電圧はA/Dボード8を介してホストコン
ピュータ4内に取り込まれる。ホストコンピュータ4で
は、モータ発生トルク電圧に基づいて、外乱オブザーバ
(後述)を用いて力を推定し、座標変換(後述)を行う
ことにより、ツール先端力を算出する。この算出したツ
ール先端力をフィードバックすることで、力制御を行
う。
The motor-generated torque voltage output from the motor driver 6 is taken into the host computer 4 via the A / D board 8. The host computer 4 calculates a tool tip force by estimating a force using a disturbance observer (described later) based on the motor-generated torque voltage and performing coordinate transformation (described later). Force control is performed by feeding back the calculated tool tip force.

【0027】図1にホストコンピュータ4で実行され
る、本発明に係る力制御フローを示す。先ず、モータド
ライバ6からのモータ発生トルク入力電圧をA/Dボー
ド7でデジタル信号に変換し(ステップS1)、後述す
る外乱オブザーバを用いて駆動軸外力推定値を求める。
この駆動軸外力推定値に対してヤコビ行列を用いた座標
変換(ステップS2)をするによって、ツール先端外力
推定値を求める(ステップS3)。ツール先端外力推定
値とツール先端力指令値との力偏差を求め(ステップS
4)、この力偏差を速度指令値に変換し、速度指令値を
D/Aボード8でアナログ信号に変換し(ステップS
5)てモータドライバ6に供給する。モータドライバ6
は、速度指令に従ってACサーボモータ5を駆動する。
FIG. 1 shows a force control flow according to the present invention executed by the host computer 4. First, the motor-generated torque input voltage from the motor driver 6 is converted into a digital signal by the A / D board 7 (step S1), and a drive shaft external force estimated value is obtained using a disturbance observer described later.
By performing coordinate transformation using the Jacobian matrix on the estimated value of the drive shaft external force (step S2), an estimated value of the tool tip external force is obtained (step S3). A force deviation between the tool tip external force estimated value and the tool tip force command value is obtained (step S
4) The force deviation is converted into a speed command value, and the speed command value is converted into an analog signal by the D / A board 8 (step S).
5) Then, the motor driver 6 is supplied. Motor driver 6
Drives the AC servomotor 5 according to the speed command.

【0028】図5を参照して、ハンド機構2に使用され
る位置制御系について説明する。図示の位置制御系は、
各ACサーボモータ5毎に独立した制御系として構成さ
れる。位置制御系は、位置コントローラ60とツール先
端/モータ位置変換器70とを有する。位置コントロー
ラ60は、モータ位置/モータ回転角変換器61と、減
算器62と、PI補償器63とを有する。ツール先端/
モータ位置変換器70は、ツール先端/エンドプレート
位置変換器71とエンドプレート/モータ位置変換器7
2とを有する。尚、下記の表1には、左欄に図5に示す
位置制御系における各種記号を、右欄にその意味を示し
てある。
Referring to FIG. 5, a position control system used for the hand mechanism 2 will be described. The position control system shown
Each AC servo motor 5 is configured as an independent control system. The position control system has a position controller 60 and a tool tip / motor position converter 70. The position controller 60 has a motor position / motor rotation angle converter 61, a subtractor 62, and a PI compensator 63. Tool tip /
The motor position converter 70 includes a tool tip / end plate position converter 71 and an end plate / motor position converter 7.
And 2. In Table 1 below, various symbols in the position control system shown in FIG. 5 are shown in the left column, and their meanings are shown in the right column.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】ツール先端/モータ位置変換器70におい
て、ツール先端/エンドプレート位置変換器71はツー
ル先端位置指令値をエンドプレート位置指令値に変換す
る。エンドプレート/モータ位置変換器72はエンドプ
レート位置指令値を駆動軸長さ指令値に変換する。位置
コントローラ60において、モータ位置/モータ回転角
変換器61は駆動軸長さ指令値をモータ回転角指令値に
変換する。減算器62はモータ回転角指令値からモータ
回転角フィードバック値を差し引いて、角度偏差を出力
する。PI補償器63は角度偏差からモータ回転角速度
指令値を求める。このモータ回転角速度指令値はモータ
ドライバ6に供給される。
In the tool tip / motor position converter 70, the tool tip / end plate position converter 71 converts a tool tip position command value into an end plate position command value. The end plate / motor position converter 72 converts the end plate position command value into a drive shaft length command value. In the position controller 60, a motor position / motor rotation angle converter 61 converts a drive shaft length command value into a motor rotation angle command value. The subtracter 62 subtracts the motor rotation angle feedback value from the motor rotation angle command value and outputs an angle deviation. The PI compensator 63 obtains a motor rotation angular velocity command value from the angle deviation. This motor rotation angular velocity command value is supplied to the motor driver 6.

【0031】図5に示した位置制御系に於ける一連の制
御演算を下記の数1式に示す。
A series of control calculations in the position control system shown in FIG.

【0032】[0032]

【数1】 (Equation 1)

【0033】すなわち、図5に示すように、ツール先端
位置指令値に対して変換行列 Etによる座標変換を施
してエンドプレート位置指令値を算出する。さらに、エ
ンドプレート位置指令値に対して変換行列 AE による
座標変換を施して駆動軸長さ指令値を算出する。この駆
動軸長さ指令値に対して変換係数(Kpg-1による変換
を施してモータ回転角指令値を算出する。ハンド機構2
に備えられているエンコーダ(図示せず)から出力より
モータ回転角フィードバック値を演算し、モータ回転角
指令値とモータ回転角フィードバック値との偏差演算よ
り角度偏差を求め、この角度偏差からモータ回転角度指
令値を求めてそれをモータドライバ6に出力する。これ
により、位置制御を行う。
That is, as shown in FIG. 5, a command transformation is performed on the tool tip position command value by the conversion matrix E Tt to calculate an end plate position command value. Further calculates a driving shaft length command value by performing coordinate transformation by the transformation matrix A T E to the end plate position command value. The drive shaft length command value is converted by a conversion coefficient (K pg ) -1 to calculate a motor rotation angle command value. Hand mechanism 2
A motor rotation angle feedback value is calculated from an output from an encoder (not shown) provided in the motor, and an angle deviation is calculated from a deviation calculation between the motor rotation angle command value and the motor rotation angle feedback value. An angle command value is obtained and output to the motor driver 6. Thus, position control is performed.

【0034】図6に本発明に係る力制御システムに使用
される外乱オブザーバを用いた力推定装置を示す。図示
の力推定装置80は外乱オブザーバ90と力座標変換器
100とから成る。外乱オブザーバ90は第1および第
2のフィルタ91および92と減算器93と位置演算器
94とから成る。力座標変換器100は駆動軸/エンド
プレート力変換器101とエンドプレート/ツール先端
力変換器102とから成る。尚、下記の表2には、左欄
に図6に示す力推定装置における各種記号を、右欄にそ
の意味を示してある。
FIG. 6 shows a force estimating device using a disturbance observer used in the force control system according to the present invention. The illustrated force estimating device 80 includes a disturbance observer 90 and a force coordinate converter 100. The disturbance observer 90 includes first and second filters 91 and 92, a subtractor 93, and a position calculator 94. The force coordinate converter 100 includes a drive shaft / end plate force converter 101 and an end plate / tool tip force converter 102. In Table 2 below, various symbols in the force estimating device shown in FIG. 6 are shown in the left column, and their meanings are shown in the right column.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】外乱オブザーバ90において、第1のフィ
ルタ91は駆動軸力指令値に2次フィルタを施し、帯域
の制限を行ってフィルタリングされた駆動軸方向力指令
値を求める。位置演算器94はモータ5の回転変位から
駆動軸位置を求める。第2のフィルタ92は、駆動軸位
置から制御対象であるハンド機構2の規範モデルを用い
て、規範モデルの加速力推定値を求める。減算器93は
規範モデルの加速力推定値から駆動軸方向力指令値を差
し引いて、駆動軸外力推定値を求める。力座標変換器1
00において、駆動軸/エンドプレート力変換器101
は駆動軸外力推定値に対して座標変換を施してエンドプ
レート外力推定値を求める。エンドプレート/ツール先
端力変換器102はエンドプレート外力推定値に対して
座標変換を施してツール先端外力推定値を求める。
In the disturbance observer 90, the first filter 91 applies a secondary filter to the drive shaft force command value to limit the band and obtain a filtered drive shaft force command value. The position calculator 94 determines the position of the drive shaft from the rotational displacement of the motor 5. The second filter 92 uses the reference model of the hand mechanism 2 to be controlled based on the drive shaft position to obtain an estimated acceleration force value of the reference model. The subtractor 93 subtracts the drive shaft direction force command value from the estimated acceleration force value of the reference model to obtain an estimated drive shaft external force value. Force coordinate converter 1
At 00, the drive shaft / end plate force converter 101
Calculates the end plate external force estimated value by performing coordinate transformation on the drive shaft external force estimated value. The end plate / tool tip force converter 102 performs coordinate transformation on the end plate external force estimated value to obtain a tool tip external force estimated value.

【0037】なお、この外乱推定には、測定雑音を考慮
に入れて、2次フィルタにより帯域の制限を行ってい
る。また、外乱オブザーバ90内の第1および第2のフ
ィルタ91および92の制御規則はそれぞれ下記の数2
式および数3式で表される。
In this disturbance estimation, a band is limited by a secondary filter in consideration of measurement noise. The control rules for the first and second filters 91 and 92 in the disturbance observer 90 are given by
It is expressed by the following equation and equation (3).

【0038】[0038]

【数2】 (Equation 2)

【数3】 外乱オブザーバ90内の減算器93は下記の数4式に従
って駆動軸外力推定値を求める。
(Equation 3) A subtractor 93 in the disturbance observer 90 obtains an estimated value of the driving shaft external force according to the following equation (4).

【0039】[0039]

【数4】 以上の結果、外乱力は下記の数5式により推定される。(Equation 4) As a result, the disturbance force is estimated by the following equation (5).

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】図7に図6に示した外乱推定装置を利用し
た本発明に係る力制御系を示す。但し、この外乱推定装
置80Aには、外乱オブザーバ90Aに摩擦補償器95
が付加されている。この摩擦補償器95は、ボールネジ
の摩擦トルクによる推定誤差を、キャリブレーションに
より補正するためのものである。
FIG. 7 shows a force control system according to the present invention using the disturbance estimating apparatus shown in FIG. However, the disturbance estimating device 80A includes a friction compensator 95 and a disturbance observer 90A.
Is added. The friction compensator 95 is for correcting an estimation error due to the friction torque of the ball screw by calibration.

【0042】図示の力コントローラ110は、外乱推定
装置80Aの他に、減算器111、PI補償器112、
ツール先端/エンドプレート力変換器113、エンドプ
レート/駆動軸力変換器114、および増幅器115を
有する。
The illustrated force controller 110 includes a disturbance estimator 80A, a subtractor 111, a PI compensator 112,
It has a tool tip / end plate force converter 113, an end plate / drive axial force converter 114, and an amplifier 115.

【0043】上記表1および2に示すものの他に、下記
の表3には、左欄に図7に示す力コントローラ110に
おける各種記号を、右欄にその意味を示してある。
In addition to those shown in Tables 1 and 2, Table 3 below shows various symbols in the force controller 110 shown in FIG. 7 in the left column and the meaning in the right column.

【0044】[0044]

【表3】 [Table 3]

【0045】力コントローラ110において、減算器1
11はツール先端力指令値からツール先端外力推定値を
差し引いて、力偏差を求める。PI補償器112は力偏
差から補償演算値を求める。ツール先端/エンドプレー
ト力変換器113は補償演算値をエンドプレート力指令
値に変換する。エンドプレート/駆動軸力変換器114
はエンドプレート力指令値を駆動軸力指令値に変換す
る。増幅器115は駆動軸力指令値を力指令ゲインで増
幅してモータ回転角速度指令値を求める。
In the force controller 110, the subtractor 1
Numeral 11 calculates a force deviation by subtracting the tool tip external force estimated value from the tool tip force command value. The PI compensator 112 calculates a compensation calculation value from the force deviation. The tool tip / end plate force converter 113 converts the compensation operation value into an end plate force command value. End plate / drive axial force converter 114
Converts the end plate force command value into the drive shaft force command value. The amplifier 115 amplifies the driving shaft force command value with a force command gain to obtain a motor rotation angular speed command value.

【0046】図7に示した力コントローラ110の制御
則を下記の数6式に示す。
The control law of the force controller 110 shown in FIG. 7 is shown in the following equation (6).

【0047】[0047]

【数6】 (Equation 6)

【0048】すなわち、前述した力推定装置により推定
したツール先端での外力値をフィードバック値とし、ツ
ール先端力指令値と偏差演算を行い、速度指令に変換
し、モータドライバ6に出力することににより、力制御
を行う。
That is, the external force value at the tool tip estimated by the above-described force estimating device is used as a feedback value, a deviation calculation is performed with the tool tip force command value, converted into a speed command, and output to the motor driver 6. , Perform force control.

【0049】図8にハンド機構2に適用される位置と力
のハイブリット制御系を示す。図示のハイブリット制御
系は、前述の位置制御系と外乱オブザーバを用いた力制
御系とを同時に且つ独立に構成したものである。位置コ
ントローラ60から出力されるモータ回転角速度指令値
と力コントローラ110から出力されるモータ回転角速
度指令値とを加算器121で加算し、その速度指令値の
和をモータドライバ6に供給することにより、位置と力
のハイブリット制御を行う。全体の制御則は下記の数7
式で表される。
FIG. 8 shows a position and force hybrid control system applied to the hand mechanism 2. In the illustrated hybrid control system, the above-described position control system and a force control system using a disturbance observer are configured simultaneously and independently. The motor rotation angular velocity command value output from the position controller 60 and the motor rotation angular velocity command value output from the force controller 110 are added by the adder 121, and the sum of the velocity command values is supplied to the motor driver 6. Performs position and force hybrid control. The overall control law is given by the following equation (7).
It is expressed by an equation.

【0050】[0050]

【数7】 (Equation 7)

【0051】尚、ハンド機構2からの駆動軸長さフィー
ドバック値はハンドの剛性122により実際の位置に変
換され、この実際の位置は減算器123によってワーク
位置を差し引かれ、その位置の差は接触スチフネス12
4によって実際の力に変換される。
The drive shaft length feedback value from the hand mechanism 2 is converted into an actual position by the hand rigidity 122, and the actual position is subtracted from the work position by the subtractor 123. Stiffness 12
4 converts it to the actual force.

【0052】このような構成の位置と力のハイブリット
制御系によれば、加工ワークの形状のバラつきに左右さ
れることなく、バリ取り・ならし作業を行うことができ
る。また、教示作業中において、ツール2aの先端の力
を前述した力推定装置により推定し、監視することによ
り、教示対象に接触したことを検知することができる。
これにより、微調整をすることなく教示を行うことがで
き、教示作業の時間を短縮することが可能となる。
According to the position and force hybrid control system having such a configuration, deburring and leveling operations can be performed without being affected by variations in the shape of the processed workpiece. In addition, during the teaching operation, the force of the tip of the tool 2a is estimated and monitored by the above-described force estimating device, so that contact with the teaching target can be detected.
Thus, teaching can be performed without fine adjustment, and the time for teaching operation can be reduced.

【0053】図9および図10に、図8に示した位置と
力のハイブリット制御系によってワークを加工した加工
例を示す。図9および図10の各々において、(a)は
加工前および加工後の加工面を示し、(b)は加工方法
を示し、(c)は加工時の力推定値を示す。
FIGS. 9 and 10 show examples of machining a workpiece by the position and force hybrid control system shown in FIG. In each of FIGS. 9 and 10, (a) shows a machined surface before and after machining, (b) shows a machining method, and (c) shows an estimated force value during machining.

【0054】図9はツール2aとして超硬バーを用いて
バリ取り加工を行った例(加工例1)である。図9
(b)に示すように、ワークの面に水平な方向に位置制
御を行い、同時にワークへの押し付け力を制御して加工
を行った。図9(a)に示すように、バリが綺麗に取れ
ていることが分かる。
FIG. 9 shows an example in which deburring is performed using a carbide bar as the tool 2a (processing example 1). FIG.
As shown in (b), the position was controlled in a direction horizontal to the surface of the work, and at the same time, the processing was performed by controlling the pressing force against the work. As shown in FIG. 9A, it can be seen that the burrs are removed neatly.

【0055】図10はツール2aとして図9の場合より
もシャンク部の長い超硬バーを用いてバリ取り加工を行
った例(加工例2)である。図10(b)に示すよう
に、ワークに接触する2面で力制御を行い、ワークも下
面から上面に向かって位置制御を行うことにより、図1
0(a)に示すようなコーナ部分の加工を行った。
FIG. 10 shows an example in which deburring is performed using a carbide bar having a shank longer than that in FIG. 9 as the tool 2a (processing example 2). As shown in FIG. 10B, force control is performed on two surfaces that come into contact with the work, and the position of the work is also controlled from the lower surface to the upper surface.
A corner portion was machined as shown in FIG.

【0056】なお、ホストコンピュータ4で実行され
る、図1に示した力制御フローを実現するプログラム
は、記録媒体(図示せず)に記録されていても良い。こ
こで、「記録媒体」とは、プログラムを記録したコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体のことをいい。具体的に
は、CD−ROM、プレキシブル・ディスクなどの磁気
ディスク、半導体メモリなどを含む。さらに、記録媒体
はプログラムを記録した紙でも良い。この場合には、コ
ンピュータはOCR(光学的文字読取装置)のような読
取装置と、この読取装置で読み取った文字(コード)を
コンピュータが認識できる機械言語に翻訳するコンパイ
ラとを備えていれば良い。とにかく、記録媒体に記録さ
れたプログラムをコンピュータにインストールすること
によって、コンピュータに所定の処理を行わせることが
できる。
A program executed by the host computer 4 to realize the force control flow shown in FIG. 1 may be recorded on a recording medium (not shown). Here, the “recording medium” refers to a computer-readable recording medium on which a program is recorded. Specifically, it includes a magnetic disk such as a CD-ROM and a plexible disk, and a semiconductor memory. Further, the recording medium may be paper on which a program is recorded. In this case, the computer only needs to include a reading device such as an OCR (optical character reading device) and a compiler that translates a character (code) read by the reading device into a machine language that can be recognized by the computer. . In any case, by installing the program recorded on the recording medium into the computer, the computer can perform a predetermined process.

【0057】本発明は上述した実施の形態に限定せず、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形・変更が
可能である。例えば、上記実施の形態では自由度が3の
パラレルメカニズムに適用した例を示しているが、自由
度が4以上のパラレルメカニズムにも適用できるのは勿
論である。また、パラレルメカニズムばかりでなく、シ
リアルリンク機構にも適用できる。加工作業もバリ取り
に限定されず、研磨・研削等の他の加工作業や、精密部
品等の組み立て作業にも応用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a parallel mechanism having three degrees of freedom. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a parallel mechanism having four or more degrees of freedom. Further, the present invention can be applied to not only a parallel mechanism but also a serial link mechanism. The processing operation is not limited to deburring, and can be applied to other processing operations such as polishing and grinding, and assembling operations of precision parts.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、力推定装
置によって力を推定しているので、力センサなどの特別
な装置を付加することなく、力の検出・制御が可能であ
る。また、ツール先端力の制御を行うので、ワークの形
状に倣いながらワークを加工することが可能である。そ
のため、ワーク毎に教示データを作成する必要がない。
ハンド機構で複数の方向の力制御を行うことができるの
で、ロボット本体(ベース部分)の姿勢を変えることな
く、3次元形状のワークの加工を行うことができる。さ
らに、力・位置をそれぞれ直交座標系で目的に応じて、
ハンド機構の特性を自在を制御することができる。
As described above, according to the present invention, since the force is estimated by the force estimating device, the force can be detected and controlled without adding a special device such as a force sensor. Further, since the tip force of the tool is controlled, it is possible to process the work while following the shape of the work. Therefore, there is no need to create teaching data for each work.
Since force control in a plurality of directions can be performed by the hand mechanism, a three-dimensional workpiece can be machined without changing the posture of the robot body (base portion). Furthermore, according to the purpose, the force and position are each defined in the rectangular coordinate system,
The characteristics of the hand mechanism can be freely controlled.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係るハンド機構の力制
御方法を示すフロー図である。
FIG. 1 is a flowchart showing a force control method of a hand mechanism according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明が適用される加工作業ロボットの全体構
成を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing the entire configuration of a processing robot to which the present invention is applied.

【図3】図2に示す加工作業ロボットに使用されるハン
ド機構を示す図で、(A)は正面図、(B)は側面図で
ある。
3A and 3B are views showing a hand mechanism used in the machining operation robot shown in FIG. 2, wherein FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a side view.

【図4】図3に示したハンド機構を制御するためのハン
ド機構コントローラの構成を示す模式およびブロック図
である。
FIG. 4 is a schematic and block diagram illustrating a configuration of a hand mechanism controller for controlling the hand mechanism illustrated in FIG. 3;

【図5】図3に示したハンド機構用の位置制御系を示す
ブロック線図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a position control system for the hand mechanism shown in FIG. 3;

【図6】本発明に係る力制御系に用いられる力推定装置
を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a force estimating device used in a force control system according to the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態に係る、図3に示したハ
ンド機構用の力制御系を示すブロック線図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a force control system for the hand mechanism shown in FIG. 3, according to one embodiment of the present invention.

【図8】図3に示したハンド機構用の位置と力のハイブ
リット制御系を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a position and force hybrid control system for the hand mechanism shown in FIG. 3;

【図9】図8に示したハイブリット制御系による加工例
1を示す図である。
FIG. 9 is a view showing Working Example 1 by the hybrid control system shown in FIG. 8;

【図10】図8に示したハイブリット制御系による加工
例2を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a working example 2 by the hybrid control system shown in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット本体 2 ハンド機構 2a ツール 3 ロボットコントローラ 4 ホストコンピュータ 5 ACサーボモータ 6 モータドライバ 10 エンドプレート 20 ベースフレーム 30A,30B,30C 直動機構(ACサーボモー
タ) 31 ボールネジスプライン軸(駆動軸) 40A,40B,40C 関節機構 50 グラインダモータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot main body 2 Hand mechanism 2a Tool 3 Robot controller 4 Host computer 5 AC servomotor 6 Motor driver 10 End plate 20 Base frame 30A, 30B, 30C Linear motion mechanism (AC servomotor) 31 Ball screw spline shaft (drive shaft) 40A, 40B, 40C Joint mechanism 50 Grinder motor

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ワークに対して加工を行うためのツール
を持つハンド機構に用いられる力制御システムであっ
て、前記ハンド機構は、前記ツールを一面側で保持する
エンドプレートと;該エンドプレートとその他面側で離
間して対向配置され、中心軸を有するベースフレーム
と;前記中心軸の回りに回転対称に配置されるように前
記ベースフレームに取り付けられ、各々が前記エンドプ
レート側へ延在した駆動軸と該駆動軸を回転を阻止して
伸縮する手段とをもつN(Nは2以上の整数)個のモー
タと;前記エンドプレートの他面側に一端がそれぞれ固
定され、他端がそれぞれ前記N個のモータの前記駆動軸
の先端で揺動自在に連結されたN個の関節機構とを有
し、 前記力制御システムは、駆動軸力指令値と駆動軸位置と
からツール先端外力推定値を求める力推定装置と、前記
ツール先端外力推定値とツール先端力指令値との力偏差
を求める手段と、前記力偏差を速度指令に変換する手段
と、前記速度指令に従って前記モータを駆動する手段と
を備えたことを特徴とするハンド機構の力制御システ
ム。
1. A force control system used for a hand mechanism having a tool for performing processing on a workpiece, the hand mechanism comprising: an end plate that holds the tool on one surface side; A base frame having a central axis, which is spaced apart and opposed on the other surface side; and is attached to the base frame so as to be rotationally symmetric about the central axis, and each extends toward the end plate. N (N is an integer of 2 or more) motors having a drive shaft and a means for expanding and contracting the drive shaft while preventing rotation; one end is fixed to the other surface of the end plate, and the other end is And N joint mechanisms that are swingably connected at the tips of the drive shafts of the N motors. The force control system is configured to determine a tool tip external force based on a drive shaft force command value and a drive shaft position. A force estimating device for obtaining a constant value, a means for obtaining a force deviation between the tool tip external force estimated value and the tool tip force command value, a means for converting the force deviation into a speed command, and driving the motor according to the speed command. And a force control system for a hand mechanism.
【請求項2】 前記力推定装置は、前記駆動軸力指令値
と前記駆動軸位置とから駆動軸外力推定値を求める外乱
オブザーバと、前記駆動軸外力推定値に座標変換を施し
て前記ツール先端外力推定値を求める座標変換手段とを
有する請求項1に記載のハンド機構の力制御システム。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the force estimating device includes a disturbance observer that obtains an estimated drive shaft external force value from the drive shaft force command value and the drive shaft position; 2. The force control system for a hand mechanism according to claim 1, further comprising a coordinate conversion unit for obtaining an estimated external force.
【請求項3】 前記外乱オブザーバは、前記駆動軸力指
令値の帯域制限を行ってフィルタリングされた駆動軸方
向力指令値を求める手段と、前記駆動軸位置から前記ハ
ンド機構の規範モデルの加速力推定値を求める手段と、
前記規範モデルの加速力推定値と前記駆動軸方向力指令
値との差から前記駆動軸外力推定値を求める手段とを有
する請求項2に記載のハンド機構の力制御システム。
3. The disturbance observer includes means for obtaining a filtered drive shaft direction force command value by performing a band limitation of the drive shaft force command value, and an acceleration force of the reference model of the hand mechanism from the drive shaft position. Means for determining an estimate;
3. The force control system for a hand mechanism according to claim 2, further comprising: a unit that obtains the estimated value of the drive shaft external force from a difference between the estimated acceleration force of the reference model and the drive shaft direction force command value. 4.
【請求項4】 前記外乱オブザーバは、前記駆動軸力指
令値の帯域制限を行ってフィルタリングされた駆動軸方
向力指令値を求める手段と、前記駆動軸位置から前記ハ
ンド機構の規範モデルの加速力推定値を求める手段と、
前記駆動軸位置から摩擦トルクによる推定誤差を求める
手段と、前記規範モデルの加速力推定値と前記駆動軸方
向力指令値と前記推定誤差とから前記駆動軸外力推定値
を求める手段とを有する請求項2に記載のハンド機構の
力制御システム。
4. The disturbance observer includes means for obtaining a filtered drive shaft direction force command value by limiting a band of the drive shaft force command value, and an acceleration force of a reference model of the hand mechanism from the drive shaft position. Means for determining an estimate;
Means for calculating an estimated error due to friction torque from the position of the drive shaft, and means for calculating the estimated value of the drive shaft external force from the estimated acceleration force of the reference model, the drive shaft direction force command value, and the estimated error. Item 3. A force control system for a hand mechanism according to Item 2.
【請求項5】 前記座標変換手段は、前記駆動軸外力推
定値をエンドプレート外力推定値に座標変換する第1の
座標変換手段と、前記エンドプレート外力推定値を前記
ツール先端外力推定値に座標変換する第2の座標変換手
段とから成る請求項2に記載のハンド機構の力制御シス
テム。
5. The coordinate conversion means includes: first coordinate conversion means for converting the drive shaft external force estimated value into an end plate external force estimated value; and converting the end plate external force estimated value to the tool tip external force estimated value. 3. The force control system for a hand mechanism according to claim 2, further comprising a second coordinate conversion means for performing conversion.
【請求項6】 ワークに対して加工を行うためのツール
を持つハンド機構に用いられる力推定装置であって、前
記ハンド機構は、前記ツールを一面側で保持するエンド
プレートと;該エンドプレートとその他面側で離間して
対向配置され、中心軸を有するベースフレームと;前記
中心軸の回りに回転対称に配置されるように前記ベース
フレームに取り付けられ、各々が前記エンドプレート側
へ延在した駆動軸と該駆動軸を回転を阻止して伸縮する
手段とをもつN(Nは2以上の整数)個のモータと;前
記エンドプレートの他面側に一端がそれぞれ固定され、
他端がそれぞれ前記N個のモータの前記駆動軸の先端で
揺動自在に連結されたN個の関節機構とを有し、 前記力推定装置は、駆動軸力指令値と駆動軸位置とから
駆動軸外力推定値を求める外乱オブザーバと、前記駆動
軸外力推定値に座標変換を施してツール先端外力推定値
を求める座標変換手段とを有するハンド機構の力推定装
置。
6. A force estimating device used for a hand mechanism having a tool for processing a workpiece, the hand mechanism comprising: an end plate for holding the tool on one surface side; A base frame having a central axis, which is spaced apart and opposed on the other surface side; and is attached to the base frame so as to be rotationally symmetric about the central axis, and each extends toward the end plate. N (N is an integer of 2 or more) motors having a drive shaft and means for expanding and contracting the drive shaft by preventing rotation; one end is fixed to the other surface of the end plate;
The other end has N joint mechanisms that are swingably connected at the tip ends of the drive shafts of the N motors, respectively. The force estimating device is configured to calculate a drive shaft force command value and a drive shaft position. A force estimating device for a hand mechanism, comprising: a disturbance observer for obtaining an estimated external drive shaft force; and coordinate conversion means for performing coordinate conversion on the estimated external drive shaft force to obtain an estimated external force at a tool tip.
【請求項7】 前記外乱オブザーバは、前記駆動軸力指
令値の帯域制限を行ってフィルタリングされた駆動軸方
向力指令値を求める手段と、前記駆動軸位置から前記ハ
ンド機構の規範モデルの加速力推定値を求める手段と、
前記規範モデルの加速力推定値と前記駆動軸方向力指令
値との差から前記駆動軸外力推定値を求める手段とを有
する請求項6に記載のハンド機構の力推定装置。
7. The disturbance observer includes means for obtaining a filtered drive shaft direction force command value by performing a band limitation of the drive shaft force command value, and an acceleration force of a reference model of the hand mechanism based on the drive shaft position. Means for determining an estimate;
7. The force estimating device for a hand mechanism according to claim 6, further comprising: means for obtaining the estimated value of the drive shaft external force from the difference between the acceleration force estimated value of the reference model and the drive shaft direction force command value.
【請求項8】 前記外乱オブザーバは、前記駆動軸力指
令値の帯域制限を行ってフィルタリングされた駆動軸方
向力指令値を求める手段と、前記駆動軸位置から前記ハ
ンド機構の規範モデルの加速力推定値を求める手段と、
前記駆動軸位置から摩擦トルクによる推定誤差を求める
手段と、前記規範モデルの加速力推定値と前記駆動軸方
向力指令値と前記推定誤差とから前記駆動軸外力推定値
を求める手段とを有する請求項6に記載のハンド機構の
力推定装置。
8. The disturbance observer includes means for obtaining a filtered drive shaft direction force command value by performing band limitation of the drive shaft force command value, and an acceleration force of a reference model of the hand mechanism from the drive shaft position. Means for determining an estimate;
Means for calculating an estimated error due to friction torque from the position of the drive shaft, and means for calculating the estimated value of the drive shaft external force from the estimated acceleration force of the reference model, the drive shaft direction force command value, and the estimated error. Item 7. A force estimating device for a hand mechanism according to Item 6.
【請求項9】 前記座標変換手段は、前記駆動軸外力推
定値をエンドプレート外力推定値に座標変換する第1の
座標変換手段と、前記エンドプレート外力推定値を前記
ツール先端外力推定値に座標変換する第2の座標変換手
段とから成る請求項6に記載のハンド機構の力推定装
置。
9. The coordinate conversion means includes: first coordinate conversion means for performing coordinate conversion of the drive shaft external force estimated value to an end plate external force estimated value; and coordinate conversion of the end plate external force estimated value to the tool tip external force estimated value. 7. The force estimating device for a hand mechanism according to claim 6, further comprising a second coordinate converting means for converting.
【請求項10】 モータドライバからのモータ発生トル
ク入力電圧を入力する処理と、 該モータ発生トルク入力電圧から駆動軸外力推定値を求
める処理と、 該駆動軸外力推定値に対してヤコビ行列を用いた座標変
換を施すによって、ツール先端外力推定値を求める処理
と、 外部から与えられるツール先端力指令値と前記ツール先
端外力推定値との力偏差を求める処理と、 該力偏差を速度指令値に変換して出力する処理とをコン
ピュータに実行させるプログラムを記録したことを特徴
とする記録媒体。
10. A process for inputting a motor-generated torque input voltage from a motor driver, a process for obtaining an estimated value of a drive shaft external force from the motor-generated torque input voltage, and using a Jacobian matrix for the estimated drive shaft force value. By performing a coordinate transformation which has been performed, a process of obtaining a tool tip external force estimated value, a process of calculating a force deviation between an externally applied tool tip force command value and the tool tip external force estimated value, and converting the force deviation into a speed command value. A recording medium recording a program for causing a computer to execute a process of converting and outputting.
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