JPS6016389A - ロボツトの制御方法 - Google Patents

ロボツトの制御方法

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JPS6016389A
JPS6016389A JP12324183A JP12324183A JPS6016389A JP S6016389 A JPS6016389 A JP S6016389A JP 12324183 A JP12324183 A JP 12324183A JP 12324183 A JP12324183 A JP 12324183A JP S6016389 A JPS6016389 A JP S6016389A
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JP
Japan
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joint
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JP12324183A
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加藤 寛次
東野 純一
成瀬 明輔
高久 和夫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多関節型ロボットアーム(以下頃に「ロボット
」とも称する)に係シ、特に障害物との接触を検出する
接触センサを装着したロボットの障害物への衝突を回避
させるための制御方法に関する。
〔発明の背景〕
従来多くのロボットは、動作空間内に障害物が無いとい
う基本的前提のもとに動作制御が行われている。しかし
実際にロボットが使用される状況においては、作業環境
が変化する場合が多々有る。
作業環境の変化に応じたロボットの適切な動作を環境変
化の全ての場合について、あらかじめ教示しておくこと
は極めて繁雑な作業になるため現実的な方法ではない。
そこで、ロボットの先端にセンサを装着し作業環境の変
化を検出することによつて、作業環境の変化に自動的に
対処するというロボットの制御方法が知られている。こ
の制御方法は、ロボットの動作空間、特にあらかじめ指
定された動作軌跡上に侵入してきた障害物をロボットの
先端に装着した超音波センサで検出し、ロボットがこの
障害物に衝突しないようにあらかじめ定められた退避領
域に退避させ障害物を回避させた後、指定の動作軌跡上
に復帰させるものである。
この制御方法では、ロボット先端部の障害物への接近を
検出しているだけであるため、先端部以外の他のリンク
部分も障害物に衝突しないようにするためには、指定動
作軌跡から十分能れた位置に退避電域を確保しなければ
ならない。したがって狭隘な作業空間でのロボットの障
害回避制御には適しないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、狭隘な作業空間でもロボットが障害物
に衝突しないように、障害物の形状に応じてロボットを
構成する各リンクを制御し得る多関節型ロボットの障害
物回避制御方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の提供する障害物回避制御方法は、ロボットを構
成する各リンクの周囲に装着した複数の接触センサによ
り障害物への接触を検出し、この検出情報に基づき障害
物との接触が検出されたリンクを駆動する関節の操作量
を接触が回避される方向に修正すると同時に、障害物と
接触しているリンクの次段のリンクを駆動する関節の操
作量を接触リンクを駆動する関節の接触回避修正量とほ
ぼ同じ大きさで逆向きに修正するか、あるいは障害物へ
の接触が検出されたリンクの前段のリンクを駆動する関
節の操作量を接触が回避される方向に修正すると同時に
、障害物と接触しているリンクを駆動する関節の操作量
を前段リンクの駆動関節の接触回避修正量とほぼ同じ大
きさで逆向きに修正することによシ、ロボットと障害物
との衝突を回避させようとするものである。
本制御方法によれば、障害物と接触したリンクの後段の
リンクの姿勢変化を極力少なくなるように、障害物へ接
触したリンクを接触が回避される方向へ退避するために
、障害物の形状に応じたロボットの衝突回避動作が行わ
れることになシ、狭隘な作業空間でもこの作業空間に適
応した障害物の回避動作が可能となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例に従って詳細に説明する。
第1図は本実施例における多関節型口ボッ)1の機構構
造の概略を説明したものである。本ロボットはxy平面
内の位置決めを行うための4つの回転型関節110,1
20,130,140とこれらを連接する4つのリンク
111,121゜131.141から構成され、さらに
各リンクの両側にはそれぞれ接触センナ112,113
゜122.123,132,133,142,143が
装着されている。この接触センサの構造を第2図に示す
。接触センサZは、障害物との直接的接触部となる検出
レバー210と、これをリンク240に対して平行自在
に支持する2つの回転レバー221,222と、前記検
出レバー210の障害物への接触による微小変位をマイ
クロスイッチ230へ伝達するスプリング製アクチュエ
ータ231から構成されている。したがって本接触セン
サ2を装着することによシ、ロボットを構成するリンク
の障害物への接近を衝突する以前に検出することが可能
となる。
また、本ロボットは予めメモリに記憶された教示データ
に従って動作が制御される。すなわち、メモリからΔT
の周期で逐次サンプリング的に教示データを読み出し、
以下のようにしてロボットの各関節の動作目標値として
、サーボ制御している。
(n≧1) 但し、θI(n)は第n回目のサンプリング時に、メモ
リから読み出された新たな目標値であり、θ+(nl)
は前回のサンプリング時の目標値である。Δθ−(n)
は目標増分値であシ、前回のサーボ目標値θ、*(Hl
)との和を新サーボ目標値θ−(n)として、サーボ機
構に出力し、ロボットの各関節を制御している。
また、 θ 皿 ” (0) = θ 凰 (0) ・・・・・
・・・・(21である。
第3図に、本実施例における多関節型ロボットの第1リ
ンクが障害物へ接触した瞬間の幾何学的概略構造を示す
。ここで、第n回目のサンプリング時にメモリから読み
出された教示データ、すなわち各関節の動作目標値θI
(”) (i= 1 + 2 + 3 +4)に従って
ロボットを動作させた際、第n−1−1回目のサンプリ
ング時に障害物への接触が検出されたものとする。
この時、本発明の提供する第1の障害物回避制御方法で
は、障害物へ接触した第j番目のリンクを駆動する第j
関節のサーボ目標値θ、* (n+1)と障害物へ接触
した第j番目のリンクの次段、第j千1番目のリンクを
駆動する第n+1回目のサーボ目標値θI+1” (n
4−1 )を、Δθj*(n+1)、=Δθsl S ・・・・・・・・・(4) のように、第j番目のリンクの障害物からの接触が回避
される方向への微小回転角Δθ、jで修正することによ
って、障害物と接触している第j番目のリンク以降の先
端側のリンクの姿勢変化を極力抑えながら、ロボットと
障害物との衝突を回避するものである。この時、他の第
i関節の目標値は、読み出された教示データθt(n+
i)を修正せずに、 但し、i\j、i)j+1 のようにそのまま出力するものとする。
本制御方法によれば、第3図に値線で示したように、ロ
ボットは障害物への衝突を回避しながら動作制御される
ことになる。
一方、本発明の提案する第2の障害物回避制御方法では
、障害物へ接触した第j番目のリンクを駆動する第j関
節のサーボ目標値θs ” (n + 1 )と障害物
へ接触した第j番目のリンクの前段、第j−1番目のリ
ンクを駆動する第j−1関節のサーボ目標値θJ−t 
* (n + 1 )を、のように、第j番目のリンク
の障害物からの接触が回、避される方向への微小回転角
Δθ、jで修正することによって、障害物と接触してい
る第j番目のリンク以降の先端側のリンクの姿勢変化を
極力抑えながら、ロボットと障害物とめ衝突を回避する
ものである。この時、他の第i関節の目標値は読み出さ
れた教示データθt(n+1)を修正せずに、但し、i
 %’j −l 、i\j” のように、そのまま出力する本のとする。
本制御方法によれば、第4図に被数で示したように、ロ
ボットは障害物への衝突を回避しながら動作制御される
ことになる。
第5図は、サンプリング制御を用いた本発明の制御方法
の一実施例を示したものである。本図において、501
は、あらかじめ教示されたロボットの各関節の時系列動
作角度を記憶させたメモリである。このメモリ501か
らは、第n+1回目のサンプリング時に、新たなロボッ
トの各関節の動作目標値θs(n+1)が読み出せるよ
うになっている。また、502は一時記憶メモリであり
、前回のサンプリング時の目標値θI(n)が記憶され
ている。503は、(5)式及び(6)式、あるいけ(
7)式および(8)式に基づき、各リンクの左側と右側
にそれぞれ装着された接触センサ514−1.2,3゜
4および515−1.2,3.4から出力されるー障害
物への接触信号SLI r SRIに応じて、前記新目
標値θI(n+1)と旧目標値θt (n)の差分Δθ
I(n+1)と、あらかじめ定められた回避角度Δθ1
から、サーボ増分値Δθ−(n+i)を算出する目標値
修止器である。このサーボ増分値Δθ+” (n+1)
u、一時記憶メモリ504に記憶されている前回のサー
ボ目標値θ−(n)に加算され、新サーボ目標値θ−(
n+1)として、サーボ機構510へ入力される。
また、位置制御型サーボ機構51011″t1 ロボッ
トの各関節110,120,130及び140をそれぞ
れ回転させるサーボ・モータ512−1゜2.3.4と
、このサーボ・モータ512−1゜2.3.4をそれぞ
れ駆動するサーボ増幅器511−1.2,3,4、さら
にはロボットの各関節110.120,130及び14
0の回転角度をそれぞれ検出するポテンショメータ51
3−1゜2.3.4から構成される。したがって、本サ
ーボ機構510によシ、ロボットの各関節θ1は、指令
された目標値θ、*(n+1)へ位置制御されることに
なる。
次に、第1の実施例におけるオン・オフ型の接触センサ
冬の替シに、第6図に示すような接触位置と接触ストロ
ークを検出できる接触センサ6を用いた場合の本発明の
実施例について説明する。
本接触センサ6の601は、対象物体との直接的接触部
となる検出レバーであり、一端は直動ロッド603aの
先端に対して回転自在に、また他端はスライダ602を
介して直動ロッド603bの先端に対し長穴部602に
おいて滑動並びに回転自在に結合されて因る。また直動
ロッド603a。
603bはそれぞれコイル・バネ605 a、 605
bによシベース606に対して柔軟に弾性支持されると
共に、各基部はリニア・ポテンショメータ等の直動変位
検出器604a、604bの入力軸に結合されている。
対象物体が検出レバー601に接触した場合、その接触
力に応じてコイル・バネ605a、605bが変形し、
これに従い直動ロッド603a、603bが変位する。
この接触センサ6に対象物体が接触した場合の幾伺学的
概略構造を第7図に示す。両直動ロッドを支持するコイ
ル・バネのばね定数が等しいとすると、この場合の接触
位置dと接触ストロークSは、 ・・・・・・・・・αυ dYz=Yo ’jz と表わせる。
したがって、上記(9)、 Qo)及びα1式に基づい
て、直動変位検出器の出力信号Yx + Y2から接触
位置dと接触ストロークSをめることができる。
第8−に、本接触センサ6を用いた、本発明の制御方法
の他の実施例を示す。501,502゜504及び51
0は、それぞれ前述の実施例と同様の、教示データ・メ
モIバ一時記憶メモリ及びサーボ機構である。516−
1.2,3.4及び517−1.2,3.4は、それぞ
れ各リンクLs、Lz*Ls+L4の左側と右側に装着
した接触センサ6である。
505は、上記接触センサ516−1.2,3゜4及び
517−1.2,3.4の接触信号yLtttYL21
 + yjll l + YB21 に応じて、(9)
、 (10)、’ (11)式から、接触位置dLl、
 dRI及び接触ストロークSLI。
S旧を次のようにしてめる接触位置ストローク算出器で
ある。
すなわち、 但し1d)’L1皿=’/L4IYx、口dyR2鳳=
3’RO1)’R21 で、tIは第1番目のリンク長であり、接触センサは各
リンクの両側中央に取り付けられているものとする。
506は、前記接触位置ストローク算出器505の出力
db+ 、 SLI 及びdRl 、 SRIから、次
式に基づいて、目標修正値Δθ、Iをめる、目標修正値
算出器である。すなわち、本発明の提供する第1の障害
物回避制御方法では、 又はSLl ’q OI SRI ”q O)とし、 第2の障害物回避制御方法では、 又はSLI ’;O,Sat =Q )とする。
503は、増分値ΔθI(n+i)と上記目標修正値Δ
θ、Iから、すなわち(3)、 (41及びαη式、あ
るいは(61,(71及びaQ式を用いて、サーボ増分
値Δθ−(n+1)をめる目標値修正器である。
本実施例によれば、aの及び錦式に示されるように、ロ
ボットのリンクが障害物に接触した位置及びストローク
に応じて、その接触回避量4θ1を定めることによシ、
さらにスムーズな障害物回避動作を実現することが可能
となる。
尚、本実施例では、専用の演算器を用いて本発明の提供
するロボットの制御方法を実現する場合について述べた
が、マイクロコンピュータ等の計算機を用いて実現する
ことも可能である。
以上本実施例においては、平面内での多関節型ロボット
の障害物回避制御方法につ−て説明したが、一般の空間
内で動作を行う多−筒型ロボットの障害物回避において
も、同様の考え方が成立することは明らかであろう。
〔発明の効果〕
本発明の提案する多関節型ロボットアームの障害回避制
御方法によれば、非常に簡単な処理で障害物に接触した
リンクを他のリンクの姿勢変化を抑えながら退避できる
ため、障害物の形状に応じた各リンクの衝突回避が行え
ることになシ、狭隘な作業空間でもこの作業空間に適応
した障害物の回避動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における多関節型ロボットの機
構構造の概略を説明した図であり、第2図は本発明の実
施例における多関節型ロボットに装着した接触センサの
構造を説明した図であシ、第3図は本発明の提供する第
1の障害物回避制御方式によるロボットの動作を示した
図であり、第4図は本発明の提供する第2の障害物回避
制御方法によるロボットの動作を示した図である。第5
図は本発明の制御回路の一実施例を示した図である。第
6図は本発明の第2の実施例において用いた接触センサ
の構造を示した図であシ、第7図はこの動作原理を説明
した図である。また第8図は、本発明の第2の実施例に
おける制御回路の一実施例を示した図である。 1・・・多関節型ロボット、2・・・接触センサ、50
3第 1 (2) と 第 Z 口 ( 40 第 3 口 ¥ 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、各リンクの周囲に障害物への接触を検出する複数の
    接触センサを装着した多関節型ロボットにおいて、障害
    物への接触が検出されたリンクを駆動する関節の操作量
    を接触が回避される方向に修正すると同時に、障害物と
    接触しているリンクの次段のリンクを駆動する関節の操
    作量を前記接触回避修正量とほぼ同じ大きさで逆向きに
    修正することによって、障害物との衝突を回避させるこ
    とを特徴としたロボットの制御方法。 2、 各リンクの周囲に障害物との接触を検出する複数
    の接触センサを装着した多関節型ロボットにおいて、障
    害物への接触が検出されたリンクの前段のリンクを駆動
    する関節の操作量を接触が回避される方向に修正すると
    同時に、障害物と接触しているリンクを駆動する関節の
    操作量を前段リンクの駆動関節の操作修正量とほぼ同じ
    大きさで逆向きに修正することによって、障害物との衝
    突を回避させることを特徴としたロボットの制御方法。
JP12324183A 1983-07-08 1983-07-08 ロボツトの制御方法 Pending JPS6016389A (ja)

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JP12324183A JPS6016389A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 ロボツトの制御方法

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JP12324183A JPS6016389A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 ロボツトの制御方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079772A1 (ja) * 2016-10-31 2018-05-03 ライフロボティクス株式会社 ロボットアーム機構

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018079772A1 (ja) * 2016-10-31 2018-05-03 ライフロボティクス株式会社 ロボットアーム機構
JPWO2018079772A1 (ja) * 2016-10-31 2019-10-03 ライフロボティクス株式会社 ロボットアーム機構

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