JPS59189416A - 産業ロボツトの誘導教示方法 - Google Patents
産業ロボツトの誘導教示方法Info
- Publication number
- JPS59189416A JPS59189416A JP6612783A JP6612783A JPS59189416A JP S59189416 A JPS59189416 A JP S59189416A JP 6612783 A JP6612783 A JP 6612783A JP 6612783 A JP6612783 A JP 6612783A JP S59189416 A JPS59189416 A JP S59189416A
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- JP
- Japan
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- external force
- joint
- link
- robot finger
- robot
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
- G05B19/423—Teaching successive positions by walk-through, i.e. the tool head or end effector being grasped and guided directly, with or without servo-assistance, to follow a path
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈発明の技術分野〉
本発明は、複数個の関節部をもつ産業ロボットに外力を
作用させて各関節部を独立回動させ、ロボット手先部を
誘導して目標地点を教示する産業ロボットの誘導教示方
法に関する。
作用させて各関節部を独立回動させ、ロボット手先部を
誘導して目標地点を教示する産業ロボットの誘導教示方
法に関する。
〈発明の背景〉
通常ロボット手先部を動作させて目標地点へ移行させる
には、準備段階において、ロボット手先部に目標地点の
位置や移行経路等を予め教示しておく必要がある。従来
のこの種教示方法では、操作者がロボット手先部をもち
、これを目標地点まで誘導して、目標地点の位置等をロ
ボット制御装置に記憶させている。ところがかかる教示
作業を遂行するに際し、操作者はロボット手先部に大き
な力を作用させて動かす必要があるため、操作者の作業
負担が著しく大きい。
には、準備段階において、ロボット手先部に目標地点の
位置や移行経路等を予め教示しておく必要がある。従来
のこの種教示方法では、操作者がロボット手先部をもち
、これを目標地点まで誘導して、目標地点の位置等をロ
ボット制御装置に記憶させている。ところがかかる教示
作業を遂行するに際し、操作者はロボット手先部に大き
な力を作用させて動かす必要があるため、操作者の作業
負担が著しく大きい。
而も作業者自身、力加減を微妙に調整できないから、目
標地点に対するロボット手先部の位置合せが容易でなく
、教示作業に手間がかかる等の問題があった。
標地点に対するロボット手先部の位置合せが容易でなく
、教示作業に手間がかかる等の問題があった。
〈発明の目的〉
本発明は、ロボット手先部を誘導する際、各関節部に駆
動力を付与しロボット手先部を外力方向へ強制移行させ
ることによって、操作者の作業負担を軽減でき、微妙な
位置合せが可能な産業ロボットの誘導教示方法を提供す
ることを目的とする。
動力を付与しロボット手先部を外力方向へ強制移行させ
ることによって、操作者の作業負担を軽減でき、微妙な
位置合せが可能な産業ロボットの誘導教示方法を提供す
ることを目的とする。
〈発明の構成および効果〉
上記目的を達成するため、本発明では、ロボット手先部
に作用する外力を力覚センサ等により検出し、検出外力
を運動条件として各関節部に分配する駆動力を算出した
後、この駆動力を対応する各関節部に作用させて、ロボ
ット手先部を外力方向へ強制移行させるようにした。
に作用する外力を力覚センサ等により検出し、検出外力
を運動条件として各関節部に分配する駆動力を算出した
後、この駆動力を対応する各関節部に作用させて、ロボ
ット手先部を外力方向へ強制移行させるようにした。
本発明によれは、ロボット手先部は操作者か作用さぜた
外力の大きさおよび方向に応じて自動動作するから、ロ
ボット手先部を小さな力で誘導でき、教示作業における
操作者の負担を大幅に軽減できる。また各関節部に分配
する駆動力のゲインを適宜調整すれは、目標地点から遠
い位置ではロボット手先部を速く移行させ、また目標地
点近傍ではロボット手先部を低速移行させて微砂な位置
合わせが可能であり、教示作業を効率的に行なえる等、
発明目的を達成した優れた効果を奏する。
外力の大きさおよび方向に応じて自動動作するから、ロ
ボット手先部を小さな力で誘導でき、教示作業における
操作者の負担を大幅に軽減できる。また各関節部に分配
する駆動力のゲインを適宜調整すれは、目標地点から遠
い位置ではロボット手先部を速く移行させ、また目標地
点近傍ではロボット手先部を低速移行させて微砂な位置
合わせが可能であり、教示作業を効率的に行なえる等、
発明目的を達成した優れた効果を奏する。
〈実施例の説明〉
第１図に示す産業ロボットは、ベース９上に胴部１０を
縦設固定し、胴部１０の上端に関節部１ａを介して第１
リンク１を回動可能に接続し、以下同様に第１リンク１
に対し第２リンク２、更に第３．第４．第５．第６の各
リンク３、４、５、６を順次関節部２ａ、３ａ、４ａ、
５ａ、６ａを介して回動可能に接続している。第６リン
ク６の先端には外力検出部８を介してロボット手先部７
が固定支持され、各関節部１ａ〜６ａをモータ駆動して
独立回動させることにより、ロボット手先部７を任意の
目標地点へ強制移行し得る。
縦設固定し、胴部１０の上端に関節部１ａを介して第１
リンク１を回動可能に接続し、以下同様に第１リンク１
に対し第２リンク２、更に第３．第４．第５．第６の各
リンク３、４、５、６を順次関節部２ａ、３ａ、４ａ、
５ａ、６ａを介して回動可能に接続している。第６リン
ク６の先端には外力検出部８を介してロボット手先部７
が固定支持され、各関節部１ａ〜６ａをモータ駆動して
独立回動させることにより、ロボット手先部７を任意の
目標地点へ強制移行し得る。
第２図は外力検出部８の構成を示し、直交する４本のＬ
字型ヒーム８１に歪ケージより成る複数の力覚センサＳ
１〜Ｓ８を配備しである。各Ｌ字型ビーム８１は、水平
辺８２をロボット手先部７に、垂直辺８３を第６リンク
６に夫々固定してあり、各水平辺８２に配設した力覚セ
ンサＳ５〜Ｓ８は曲げ歪を、各垂直辺８３に配設した力
覚センサＳ１〜Ｓ４はねじり歪を夫々検出する。そして
この外力検出部８に図示の如く直交座標を想定すると、
Ｘ軸方向の力は力覚センサＳ２，Ｓ４で、Ｘ軸方向の力
は力覚センサＳ１、Ｓ３で、ｚ軸方向の力は力覚センサ
Ｓ５〜Ｓ８で夫々検出でき、更にＸ軸まわりのモーメン
トはＳ６，Ｓ８で、ｙ軸まわりのモーメントはＳ５．Ｓ
７で、Ｚ軸まわりのモーメントはＳ１〜Ｓ４で夫々検出
できる。従って図示の外力検出部８をもって３軸方向の
力と３軸まわりのモーメントを検出し得る。
字型ヒーム８１に歪ケージより成る複数の力覚センサＳ
１〜Ｓ８を配備しである。各Ｌ字型ビーム８１は、水平
辺８２をロボット手先部７に、垂直辺８３を第６リンク
６に夫々固定してあり、各水平辺８２に配設した力覚セ
ンサＳ５〜Ｓ８は曲げ歪を、各垂直辺８３に配設した力
覚センサＳ１〜Ｓ４はねじり歪を夫々検出する。そして
この外力検出部８に図示の如く直交座標を想定すると、
Ｘ軸方向の力は力覚センサＳ２，Ｓ４で、Ｘ軸方向の力
は力覚センサＳ１、Ｓ３で、ｚ軸方向の力は力覚センサ
Ｓ５〜Ｓ８で夫々検出でき、更にＸ軸まわりのモーメン
トはＳ６，Ｓ８で、ｙ軸まわりのモーメントはＳ５．Ｓ
７で、Ｚ軸まわりのモーメントはＳ１〜Ｓ４で夫々検出
できる。従って図示の外力検出部８をもって３軸方向の
力と３軸まわりのモーメントを検出し得る。
上記構成の産業ロボットは、第３図および第４図に示す
制御回路１１をもって各関節部１ａ〜６ａの動作が制御
される。第３図に示すモータＭ１〜Ｍ６は各関節部１ａ
〜６ａを駆動するモータであり、また位置センサＰ１〜
Ｐ６は各関節部１ａ〜６ａの現在位置、すなわち現在の
関節角θ０１〜θ０６を検出するパルスジェネレータよ
り成る。更にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｓｓ
ｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２は、第１．第２の演算制御部１
３．１４を含み、両演算制御部１３．１４の出力総和を
サーボアンプ１５を介して各モータＭ１〜Ｍ６へ供給し
、駆動トルクを制御する。第１の演算制御部１３は各モ
ータにつき、関節角の目標値θｒと現在値θ０との偏差
を求め、その偏差に比例した出力若しくは微分した出力
を送出する。第２の演算制御部１４は回動目標とする関
節角θ１〜θ６、角速度θ１〜θ６、角加速度θ１〜θ
６を入力して繰返しニュートンオイラー法に基つく運動
方程式を解き、その算出値に所定の係数Ｋを乗じた出力
を送出する。尚係数には、モータの種類に応じて適宜設
定される。
制御回路１１をもって各関節部１ａ〜６ａの動作が制御
される。第３図に示すモータＭ１〜Ｍ６は各関節部１ａ
〜６ａを駆動するモータであり、また位置センサＰ１〜
Ｐ６は各関節部１ａ〜６ａの現在位置、すなわち現在の
関節角θ０１〜θ０６を検出するパルスジェネレータよ
り成る。更にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｓｓ
ｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２は、第１．第２の演算制御部１
３．１４を含み、両演算制御部１３．１４の出力総和を
サーボアンプ１５を介して各モータＭ１〜Ｍ６へ供給し
、駆動トルクを制御する。第１の演算制御部１３は各モ
ータにつき、関節角の目標値θｒと現在値θ０との偏差
を求め、その偏差に比例した出力若しくは微分した出力
を送出する。第２の演算制御部１４は回動目標とする関
節角θ１〜θ６、角速度θ１〜θ６、角加速度θ１〜θ
６を入力して繰返しニュートンオイラー法に基つく運動
方程式を解き、その算出値に所定の係数Ｋを乗じた出力
を送出する。尚係数には、モータの種類に応じて適宜設
定される。
第５図はニュートンオイラー法の適用に際し、第１図に
示す産業ロボットをモデル化した図である。
示す産業ロボットをモデル化した図である。
図示例において、産業ロボットの各リンク１〜６および
手先部７にはｘｙｚ座標系ｉ（但しｉ＝１，２，・・・
・・・，７）が設定され、この場合座標系ｉ−１の２軸
は関節部ｉの回転軸方向と一致させている。
手先部７にはｘｙｚ座標系ｉ（但しｉ＝１，２，・・・
・・・，７）が設定され、この場合座標系ｉ−１の２軸
は関節部ｉの回転軸方向と一致させている。
今座標系ｉと座標系ｉ−１とが第６図に示す位置関係に
ある場合において、座標系ｉ−１で表わしたベクトルを
座標軸が座標系ｉに平行であり且つ原点か座標系ｉ−１
に一致する座標系に変換するにはつぎの■式で示す行列
Ａ■を用いる。
ある場合において、座標系ｉ−１で表わしたベクトルを
座標軸が座標系ｉに平行であり且つ原点か座標系ｉ−１
に一致する座標系に変換するにはつぎの■式で示す行列
Ａ■を用いる。
また座標系ｉの原点から座標系ｉ−１の原点へのベクト
ルを座標系ｉで表わすと、つぎの■式のようになる。
ルを座標系ｉで表わすと、つぎの■式のようになる。
尚上記■■式において、θｉは関節角を示し、αｉ、ａ
ｉ、ｒｉはロボットの機構によって定まる定数である。
ｉ、ｒｉはロボットの機構によって定まる定数である。
上記ロボットのモデル化に基づき、繰返しニュートンオ
イラー法を適用した場合、座標系ｉで表わされる座標系
ｉの角速度Ａ■ωｉおよび角加速度Ａ■ωｉ、原点の線
形速度Ａ■Ｖｉおよび線形加速度Ａ０Ｖ１、リンクｉ の重心の線形速度Ａ■Ｕｉおよび線形加速度Ａ■Ｕｉ、
リンクｉに作用する外力Ａ■ＵｉおよびモーメントＡ■
Ｎｉはつぎの■〜■式で表わされ、またリンクｉ−１が
リンクｉに作用する力Ａ■ｆｉとそのモーメントＡ■ｎ
ｉおよび、関節ｉの駆動トルクｌｉは■〜■で表わされ
る。
イラー法を適用した場合、座標系ｉで表わされる座標系
ｉの角速度Ａ■ωｉおよび角加速度Ａ■ωｉ、原点の線
形速度Ａ■Ｖｉおよび線形加速度Ａ０Ｖ１、リンクｉ の重心の線形速度Ａ■Ｕｉおよび線形加速度Ａ■Ｕｉ、
リンクｉに作用する外力Ａ■ＵｉおよびモーメントＡ■
Ｎｉはつぎの■〜■式で表わされ、またリンクｉ−１が
リンクｉに作用する力Ａ■ｆｉとそのモーメントＡ■ｎ
ｉおよび、関節ｉの駆動トルクｌｉは■〜■で表わされ
る。
尚上記■〜［相］式において、リンクｉの算量ｍｌ、リ
ンクｉの重心まわりの慣性行列Ａ■ＪｉＡ■座標系ｉで
表わしたリンクｉの重心位置ベクトルＳｉは機構により
定まる定数であり、またｚｏはつぎの行列で与えられる
。
ンクｉの重心まわりの慣性行列Ａ■ＪｉＡ■座標系ｉで
表わしたリンクｉの重心位置ベクトルＳｉは機構により
定まる定数であり、またｚｏはつぎの行列で与えられる
。
斯くてＡ■ｆ■とＡ■ｎ８を運動条件として与え、更に
■■式に示す条件下で、関節角θｉ、角速度θｉ、角加
速度θｉを代入して■〜■式を計算することによって、
各関節部１ａ〜６ａの駆動トルクｔｉを求めることがで
きる。
■■式に示す条件下で、関節角θｉ、角速度θｉ、角加
速度θｉを代入して■〜■式を計算することによって、
各関節部１ａ〜６ａの駆動トルクｔｉを求めることがで
きる。
但しｇは重力の加速度である。
然して操作者かロボット手先部７をつかみ、目標地点の
方向へ外力を作用させると、外力検出部８の各力覚セン
サＳ１〜Ｓ８が外力およびモーメントを検出する。この
場合、ロボット手先部７を大きく移動させたいときは大
きな力を作用させ、小さく移動させたいときは小さな力
を作用させる。また各力覚センサＳ１〜Ｓ８は、操作者
による外力だけでなく、ロボット手先部７の重量による
力やモーメントを合わせて検出するが、力覚センサと手
先部重心の位置関係が明らかであり、月つ両者の重力方
向に対する傾きが関節角からロボットモデルを利用して
知ることができるから、操作者による外力のみを分離。
方向へ外力を作用させると、外力検出部８の各力覚セン
サＳ１〜Ｓ８が外力およびモーメントを検出する。この
場合、ロボット手先部７を大きく移動させたいときは大
きな力を作用させ、小さく移動させたいときは小さな力
を作用させる。また各力覚センサＳ１〜Ｓ８は、操作者
による外力だけでなく、ロボット手先部７の重量による
力やモーメントを合わせて検出するが、力覚センサと手
先部重心の位置関係が明らかであり、月つ両者の重力方
向に対する傾きが関節角からロボットモデルを利用して
知ることができるから、操作者による外力のみを分離。
して検出できる。
今弟７図に示す如く、外力検出部８（第２図に示す）の
座標系の原点を０、ロボット手先部７の座標系の原点を
０′とすると、両座標系の各座標軸は相互に平行であり
、原点０、０’間の距離はｌｘ（ｘ成分）、ｌｙ（ｙ成
分）、ｌｚ（ｚ成分）となる。そして外力検出部８で検
出した外力およびモーメントの各方向成分が重力分を除
き、ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚであったとす
ると、操作者がロボット手先部７に作用させた外力およ
びモーメントの各方向成分子ｆ’ｘ，ｆ’ｙ，ｆ’ｚ，
ｍ’ｘ、ｍ’ｙ、ｍ’ｚはつぎの■式で表わせる。
座標系の原点を０、ロボット手先部７の座標系の原点を
０′とすると、両座標系の各座標軸は相互に平行であり
、原点０、０’間の距離はｌｘ（ｘ成分）、ｌｙ（ｙ成
分）、ｌｚ（ｚ成分）となる。そして外力検出部８で検
出した外力およびモーメントの各方向成分が重力分を除
き、ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚであったとす
ると、操作者がロボット手先部７に作用させた外力およ
びモーメントの各方向成分子ｆ’ｘ，ｆ’ｙ，ｆ’ｚ，
ｍ’ｘ、ｍ’ｙ、ｍ’ｚはつぎの■式で表わせる。
この■式で得られる操作者による外力およびモーメント
は、前記■〜■の運動方程式における運動条件Ａ■ｆ８
、Ａ■ｎ８として与えられ、第８図に示す如く、このＡ
８ｆ８，Ａ■Ａｎ８に更にゲインＫｆを乗じてトルク計
算の境界条件とする。このゲインＫｆは外力検出部８に
設定スイッチを設けることにより段階的に調整可能とな
り、大きな移動量をもって教示する場合は高ゲインに、
また小さな移動量をもって教示する場合は低ゲインに設
定する。
は、前記■〜■の運動方程式における運動条件Ａ■ｆ８
、Ａ■ｎ８として与えられ、第８図に示す如く、このＡ
８ｆ８，Ａ■Ａｎ８に更にゲインＫｆを乗じてトルク計
算の境界条件とする。このゲインＫｆは外力検出部８に
設定スイッチを設けることにより段階的に調整可能とな
り、大きな移動量をもって教示する場合は高ゲインに、
また小さな移動量をもって教示する場合は低ゲインに設
定する。
上記境界条件と初期条件θ１〜θ６＝０，θ１〜θ６＝
０とに基づき、前記■〜■式を計算すれは各関節部１ａ
〜６ａの駆動トルクを算出でき、更にその算出結果に基
づき各関節部１ａ〜６ａのモータＭ１〜Ｍ６に駆動力を
分配付与することにより、ロボット手先部７は操作者が
作用させた外力方向へ、また外力の大きさと比例する駆
動力をもって強制移行するものである。
０とに基づき、前記■〜■式を計算すれは各関節部１ａ
〜６ａの駆動トルクを算出でき、更にその算出結果に基
づき各関節部１ａ〜６ａのモータＭ１〜Ｍ６に駆動力を
分配付与することにより、ロボット手先部７は操作者が
作用させた外力方向へ、また外力の大きさと比例する駆
動力をもって強制移行するものである。
第１図は産業ロボットの斜面図、第２図は外力検出部の
構造説明図、第３図は制御回路のブロック図、第４図は
ＣＰＵの内部機能を示す説明図、第５図は第１図の産業
ロボットをモデル化した図、第６図は座標系間の位置関
係を示す図、第７図は外力検出部と手先部との座標系間
の位置関係を示す図、第８図は教示時におけるＣＰＵの
制御系を示す説明図である。 １ａ〜６ａ・・・・・・関節部 ８・・曲外力検出部７
・・・・・・ロボット手先部 １１・・・・・・制御回路 Ｍ１〜Ｍ６・・・・・・モ
ータ特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 鈴木由充 代理人 弁理士 浅谷健二
構造説明図、第３図は制御回路のブロック図、第４図は
ＣＰＵの内部機能を示す説明図、第５図は第１図の産業
ロボットをモデル化した図、第６図は座標系間の位置関
係を示す図、第７図は外力検出部と手先部との座標系間
の位置関係を示す図、第８図は教示時におけるＣＰＵの
制御系を示す説明図である。 １ａ〜６ａ・・・・・・関節部 ８・・曲外力検出部７
・・・・・・ロボット手先部 １１・・・・・・制御回路 Ｍ１〜Ｍ６・・・・・・モ
ータ特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 鈴木由充 代理人 弁理士 浅谷健二
Claims (1)
- 複数の関節部を有する産業ロボットに外力を作用させ手
先部を誘導して目標地点を教示する方法であって、手先
部に作用する外方を検出し、検出外力を運動条件として
各関節部に分配する駆動力を算出した後、この駆動力を
対応する各関節部に作用させて、手先部を外力方向へ強
制移行させる産業ロボットの誘導教示方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6612783A JPS59189416A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | 産業ロボツトの誘導教示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6612783A JPS59189416A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | 産業ロボツトの誘導教示方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59189416A true JPS59189416A (ja) | 1984-10-27 |
Family
ID=13306892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6612783A Pending JPS59189416A (ja) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | 産業ロボツトの誘導教示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59189416A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61224012A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-04 | Agency Of Ind Science & Technol | マニピユレ−タの駆動方式 |
| JPS61253507A (ja) * | 1985-05-02 | 1986-11-11 | Nippon Gakki Seizo Kk | 産業用ロボツトなどの位置教示方法とその装置 |
| JPS61269712A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-11-29 | Fujitsu Ltd | 自動作業装置の教示制御方法 |
| JPS61273608A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ダイレクト教示ロボツト |
| JPS62106515A (ja) * | 1985-11-02 | 1987-05-18 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 作業機構の駆動制御装置 |
| JPS62106514A (ja) * | 1985-11-02 | 1987-05-18 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | アーム式作業機の駆動制御装置 |
| JPS6334609A (ja) * | 1986-07-29 | 1988-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複腕装置 |
-
1983
- 1983-04-13 JP JP6612783A patent/JPS59189416A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61224012A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-04 | Agency Of Ind Science & Technol | マニピユレ−タの駆動方式 |
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