JPS61208513A - Controller of traveling object - Google Patents

Controller of traveling object

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JPS61208513A
JPS61208513A JP5084685A JP5084685A JPS61208513A JP S61208513 A JPS61208513 A JP S61208513A JP 5084685 A JP5084685 A JP 5084685A JP 5084685 A JP5084685 A JP 5084685A JP S61208513 A JPS61208513 A JP S61208513A
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JP
Japan
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force
speed
hand
output
value
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Application number
JP5084685A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Akita
正 秋田
Kazuo Asakawa
浅川 和雄
Nobuhiko Okuda
奥田 信彦
Toru Kamata
徹 鎌田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To perform continuously and smoothly three processes, i.e., the approximation, contact and pressing by controlling the speed of a Z-axis motor according to the difference between the output of a synthesizing part of the input command value and the force measurement value and a real speed. CONSTITUTION:A processor CPU 82 multiplying the force measurement value Fr of a force sensor 3 by the prescribed gain alpha by a gain means 82a and subtracting the output of multiplication from an input command Vc by a synthe sizing means 85 to produce a command output Vc'. A servo circuit 86 obtains the difference between the output Vc' and the real speed Vr and gives the conduction control to a Z-axis motor 26 via a power amplifier 86a. Here the sensor 3 consists of a parallel plate spring and a strain gauge 30. The value Fr is equal to zero while a hand 5 is approximating to a disk 9, and the motor 26 receives the speed control with Vc'=Vc and moves down a ball screw 26b with revolutions. When the hand 5 has a contact with the disk 9, the value Fr is supplied to a CPU 28 from the gauge 30. Then the output Vc' is reduced and therefore the motor 26 is decelerated. Then the value Fr increases and the traveling object stops finally at a prescribed position.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段(第1図)作用 実施例 (al−実施例の説明(第2図、第3図)(b)他の実
施例の説明(第4図、第5図)(Clロボットへの通用
例の説明 (第6図、第7図、第8図、第9図) 発明の効果 〔概要〕 物体に対し移動体を駆動手段の駆動によって接近、接触
、押し付けを行なわしめる移動体制御装置であって、移
動体に加わる外力の力検出手段と、駆動手段を速度制御
するサーボ手段と、指令値と検出外力とを合成した信号
をサーボ手段に供給する制御手段を設けることによって
、接近、接触、押し付けを連続的に行うようにしたもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Table of Contents] Overview Industrial Application Fields Prior Art Problems to be Solved by the Invention Means for Solving the Problems (Fig. 1) Working Examples (AL-Description of Examples) (Fig. 2, Fig. 3) (b) Explanation of other embodiments (Fig. 4, Fig. 5) (Explanation of general application to Cl robot (Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, (Figure 9) Effects of the Invention [Summary] A moving object control device that causes a moving object to approach, come into contact with, and press against an object by driving a driving means, which includes a force detecting means for detecting an external force applied to the moving object and a driving means. By providing a servo means for speed control and a control means for supplying a signal obtained by combining a command value and a detected external force to the servo means, approaching, contacting, and pressing can be performed continuously.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ロボットのハンド等の移動体に対し、物体に
接近、接触後、一定力で物体を押し付ける作業を行わせ
るための移動体制御装置に関し、特に接近、接触、押し
付は力発生の3過程を連続的に進行することの可能な移
動体制御装置に関する。
The present invention relates to a moving object control device for causing a moving object such as a robot hand to approach and contact an object and then press the object with a constant force. The present invention relates to a mobile object control device capable of successively proceeding through three processes.

例えば、ロボットによる物体の取り出し作業等において
は、ロボットのハンドが物体に接近し、接触した後、一
定力で物体を押し付けて、把持を行っており、同様に物
体の取付は作業等においても、相手物体に対し物体を把
持したハンドが相手物体に接近し、接触した後、相手物
体に把持した物体を一定力で押し付け、はめ込み、取付
けを行う。
For example, when a robot takes out an object, the robot's hand approaches the object, makes contact with it, and then presses the object with a certain force to grasp it. A hand holding an object approaches the object, makes contact with the object, and then presses the gripped object against the object with a constant force to fit and attach the object.

このため、移動体であるハンドを前述の接近、接触、一
定力発生という3つの過程で制御する必要があり、一般
に速度(又はトルク)制御と力制御とを併用した制御系
が用いられる。
For this reason, it is necessary to control the hand, which is a moving object, through the three processes of approach, contact, and constant force generation, and generally a control system that combines speed (or torque) control and force control is used.

〔従来の技術〕 例えば、第10図に示す真空吸着ハンド5によって磁気
ディスク(以下円板と称す)9を吸着し、これを持ち上
げて運ぶ作業を行う場合には、ハンド5を駆動するZ軸
モータ26をハンド下降のための速度制御と、必要な押
し付は力を発生する力制御の2つの制御モードを切替え
て制御する必要がある。
[Prior Art] For example, when a magnetic disk (hereinafter referred to as a disk) 9 is attracted by a vacuum suction hand 5 shown in FIG. It is necessary to control the motor 26 by switching between two control modes: speed control for lowering the hand and force control for generating force for necessary pressing.

このモード切替えは、ハンド5と円板9の接触を境界と
して切り替わることが理想的である。
Ideally, this mode switching is performed using the contact between the hand 5 and the disc 9 as a boundary.

このため、従来、力センサ3によってハンド5を支持し
、ハンド5に与えられる力を計測できるようにし、且つ
Z軸モータ26の速度(即ち、ハンド5の移動速度)を
検出する速度検出器26aが設けられ、一方、制御部と
しては、指令速度VCと速度検出器26aの実速度Vr
との差をとる第1の差動器APIと、指令力Fcと力セ
ンサ3の力計測値Frとの差をとる第2の差動器AP2
とによって速度フィードバンク系とカフィードバック系
が構成され、これらの差動器API、AP2の出力はア
ナログスイッチSWによって切替えてアンプAMPを介
してZ軸モータ26に供給するように構成されていた。
For this reason, conventionally, the force sensor 3 supports the hand 5 so that the force applied to the hand 5 can be measured, and the speed detector 26a detects the speed of the Z-axis motor 26 (i.e., the moving speed of the hand 5). On the other hand, the control unit controls the command speed VC and the actual speed Vr of the speed detector 26a.
and a second differential AP2 that takes the difference between the command force Fc and the force measurement value Fr of the force sensor 3.
A speed feed bank system and a feedback system are constituted by these, and the outputs of these differential devices API and AP2 are configured to be switched by an analog switch SW and supplied to the Z-axis motor 26 via an amplifier AMP.

そして、この切替えのため、ハンド5の先端に近接セン
サNSを設け、ハンド5と円板9との接近を検知して、
これによって接触前後でアナログスイッチSWを動作し
て速度制御系から力制御系に切り替えを行っていた。
For this switching, a proximity sensor NS is provided at the tip of the hand 5 to detect the approach between the hand 5 and the disc 9.
As a result, the analog switch SW was operated before and after contact to switch from the speed control system to the force control system.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、従来の構成では、速度制御系から力制御
系へループ切り替えするため、動作が不連続となり、接
触直後に急激な力が付与され、円板9を傷つけるおそれ
があるという問題があった。
However, in the conventional configuration, since the loop is switched from the speed control system to the force control system, the operation becomes discontinuous, and a sudden force is applied immediately after contact, which may cause damage to the disk 9.

又、近接センサNSの感度の調節具合によっては、接触
の時点をうまくとらえることができず、接触前に切り替
わる時は高速性が損なわれ、逆に接触後に切り替わる時
は、円板9に余分の衝撃力を与えてしまうという問題も
生じていた。
Also, depending on how the sensitivity of the proximity sensor NS is adjusted, it may not be possible to accurately detect the point of contact, and if the switch is made before contact, high speed performance will be impaired, and conversely, if the switch is made after contact, the disc 9 may have excess There was also the problem of imparting impact force.

本発明は、接近、接触、押し付けの3過程を連続的に円
滑にしかも自律的に実行できる移動体制御装置を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mobile object control device that can continuously and smoothly perform the three processes of approaching, contacting, and pressing, and autonomously.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明の原理説明図であり、第1図(A)はそ
の構成図、第1図(B)、(C)はその動作説明図であ
る。
FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, FIG. 1(A) is a configuration diagram thereof, and FIGS. 1(B) and (C) are diagrams explaining its operation.

第1図(A)中、第10図で示したものと同一のものは
同一の記号で示してあり、8は制御部であり、入力指令
値(速度指令又は力指令)Vcと力計測値Frとを合成
する合成部85と、合成部85の出力Vc’と実速度V
rとの差によってZ軸モータ26を速度制御するサーボ
回路86とを有している。
In Fig. 1 (A), the same parts as those shown in Fig. 10 are indicated by the same symbols, and 8 is a control section, which includes an input command value (velocity command or force command) Vc and a force measurement value. a synthesizing section 85 that synthesizes the output Vc' of the synthesizing section 85 and the actual speed V.
and a servo circuit 86 that controls the speed of the Z-axis motor 26 based on the difference between the rotation speed and the rotation speed.

即ち、本発明においては、接近、接触、押し付けの3つ
の過程を通して、実速度Vrと実側力Frとの両方が常
にフィードバックされている系を構成している。
That is, in the present invention, a system is constructed in which both the actual velocity Vr and the actual side force Fr are constantly fed back through the three processes of approach, contact, and pressing.

〔作用〕 第1図(B)の移動量対速度特性図、第1図(C)の時
間対力持性図に示す如く、ハンド(移動体)5の円板(
物体)9への接近中は、ハンド5が円板9を押していな
いから、力計測値Frは零であり、実質的にフィードバ
ックされているのは、実速度Vrのみであるため、入力
指令VCは速度を指令していることになり、Z軸モータ
26はサーボ回路86によって速度制御される。次にそ
の速度のまま、ハンド5が円板9に接触すると(時刻t
1)、力センサ3が変形し、これに応じて力計測値Fr
が発生し、従って入力指令Vcの値は力計測値Frに差
し引かれた形となり、みかけ上達度指令値を小さくした
形になって、ハンド5は減速し始める。
[Operation] As shown in the movement amount vs. speed characteristic diagram in FIG. 1(B) and the time vs. force retention diagram in FIG. 1(C), the disc (
While approaching the object) 9, the hand 5 is not pushing the disc 9, so the force measurement value Fr is zero, and only the actual velocity Vr is being fed back, so the input command VC is commanding the speed, and the speed of the Z-axis motor 26 is controlled by the servo circuit 86. Next, when the hand 5 contacts the disk 9 at that speed (time t
1), the force sensor 3 is deformed, and the force measurement value Fr is changed accordingly.
occurs, and therefore the value of the input command Vc is subtracted from the force measurement value Fr, resulting in a smaller apparent improvement command value, and the hand 5 begins to decelerate.

最終的な平衡状態では、時刻toで位置PoでZ軸モー
タ26が停止し、実速度値が零となる。
In the final equilibrium state, the Z-axis motor 26 stops at the position Po at time to, and the actual speed value becomes zero.

この時入力指令Vcと力計測値Frが等しく、力計測値
Frは力センサ3の変形によって物体9への押し付は力
Foとなるから、入力指令Vcは力指令として働く。従
って、入力指令Vcの大きさが押し付は力を制御するこ
とになる。
At this time, the input command Vc and the force measurement value Fr are equal, and the force measurement value Fr is pressed against the object 9 by a force Fo due to the deformation of the force sensor 3, so the input command Vc acts as a force command. Therefore, the magnitude of the input command Vc controls the pressing force.

従って、力センサ3のたわみ(変形)により接触時のシ
ョックを吸収しつつ、モータ26の回転速度を連続的に
落としていき、速度が零となった所で、適切な押し付は
力を発生するという理想的な形とすることができる。
Therefore, while the shock at the time of contact is absorbed by the deflection (deformation) of the force sensor 3, the rotational speed of the motor 26 is continuously reduced, and when the speed reaches zero, appropriate pressing generates force. This can be ideally done.

このようにして接近、接触、押し付けの3過程が連続的
に円滑に行われ、しかも近接センサを用いずに自律的に
行われる。
In this way, the three processes of approaching, contacting, and pressing are performed continuously and smoothly, and moreover, they are performed autonomously without using a proximity sensor.

〔実施例〕〔Example〕

(81一実施例の説明。 (81-Explanation of an embodiment.

第2図は本発明の一実施例構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

図中、第1図及び第10図で示したものと同一のものは
同一の記号で示してあり、82はプロセッサ(以下CP
Uと称す)であり、マイクロプロセッサで構成され、力
計測値Frに所定の利得αを利得手段82aで乗算し、
乗算出力α・F「を入力指令Vcから合成手段85で差
し引き指令出力Vc’を発するものであり、86はサー
ボ回路であり、指令出力Vc’と実速度VrO差をとる
もの、86aはパワーアンプであり、サーボ回路86の
出力を増幅してZ軸モータ26に電流を供給するもので
ある。尚、力センサ3は平行板バネと歪ゲージ30とで
構成されている。
In the figure, the same components as shown in FIGS. 1 and 10 are indicated by the same symbols, and 82 is a processor (hereinafter referred to as CP).
U), which is composed of a microprocessor, multiplies the force measurement value Fr by a predetermined gain α by a gain means 82a,
The multiplication output α・F' is subtracted from the input command Vc by a synthesizing means 85 to generate a command output Vc', 86 is a servo circuit that takes the difference between the command output Vc' and the actual speed VrO, and 86a is a power amplifier. It amplifies the output of the servo circuit 86 and supplies current to the Z-axis motor 26.The force sensor 3 is composed of a parallel plate spring and a strain gauge 30.

第2図構成の動作を第3回動作説明図を用いて説明する
The operation of the configuration shown in FIG. 2 will be explained using the third operation explanatory diagram.

ハンド5が円板9に接近中では力センサ3の力計測値F
rは零であるから、Vc’=Vcであり、Z軸モータ2
6はサーボ回路86によってパワーアンプ86aを介し
速度制御され、ボールネジ26bを回転させて、力セン
サ3を介しハンド5を下降せしめる。一方、ハツト5が
円板9に位置Plで接触すると、力センサ3が板ばねで
構成されているからたわみ、このたわみを検出する歪ゲ
ージ30より力計測値Frが発生し、CPU82によっ
てVc’は(Vc−α・Fr)となる。これによって出
力Vc’は減少し、モータ26は減速し始める。この時
減速の傾きは利得αで制御され、平行板ばねがモータ2
6の回転で更にたわみ、力計測値Frは上昇する。最終
的には位置POで実速度Vrが零となり、この時、vC
−α・Frであり、FOの押し付は力が発生している。
When the hand 5 is approaching the disk 9, the force measurement value F of the force sensor 3
Since r is zero, Vc'=Vc, and Z-axis motor 2
6 is speed-controlled by a servo circuit 86 via a power amplifier 86a, rotates a ball screw 26b, and lowers the hand 5 via a force sensor 3. On the other hand, when the hat 5 contacts the disk 9 at the position Pl, the force sensor 3 is deflected because it is made of a leaf spring, and the strain gauge 30 that detects this deflection generates a force measurement value Fr, and the CPU 82 determines the force measurement value Fr. becomes (Vc-α·Fr). This causes the output Vc' to decrease and the motor 26 to begin decelerating. At this time, the slope of deceleration is controlled by gain α, and the parallel leaf spring
It is further deflected by rotation 6, and the force measurement value Fr increases. Eventually, the actual speed Vr becomes zero at position PO, and at this time, vC
-α·Fr, and force is generated when the FO is pressed.

この利得αを乗算する意味は次の如くである。The meaning of multiplying by this gain α is as follows.

入力指令Vcは接近時の速度指令値と押し付は力発生時
の力指令値の両方を兼ているため、速度計測値Vrと力
計測値Frの出力レベルの相対的な大きさによっては、
1つの入力Vcで最適な移動速度と、最適な押し付は力
の両方を同時に満たせないおそれがある。
Since the input command Vc serves as both the speed command value when approaching and the force command value when pressing forces are generated, depending on the relative magnitude of the output levels of the speed measurement value Vr and the force measurement value Fr,
There is a possibility that one input Vc cannot satisfy both the optimum moving speed and the optimum pressing force at the same time.

このため、力計測値Frのフィードバンク量を可変にす
るための入力を設け、即ち利得αを設定して、入力指令
Vcと利得αを独立に設定し、最適な速度指令値と、力
指令値を1つの入力指令で得ることができるようにして
いる。
For this reason, an input is provided to make the feedbank amount of the force measurement value Fr variable, that is, a gain α is set, and the input command Vc and gain α are independently set, and the optimum speed command value and force command are set. The value can be obtained with one input command.

以上のように、本発明では、従来方法のように、近接セ
ンサ等のアナログスイッチを必要とせず、しかも、接触
の前後で連続的にモータの回転速度が落ちるため、接触
時の衝撃を小さく抑えることができ、ひずみゲージ30
のリニアな力出力値を使って速度制御モードから力制御
モードへ、タイミングよく、かつなめらかに切り替えて
いくことができる。また、押し付は力制御時は速度計測
値(実速度)のフィードバンクは状態変数フィードバン
クの、いわゆるダンピング項として慟らくため、制御系
としても、きわめて安定な形である。
As described above, the present invention does not require an analog switch such as a proximity sensor unlike the conventional method, and furthermore, since the rotational speed of the motor decreases continuously before and after contact, the shock at the time of contact is kept small. Can strain gauge 30
Using the linear force output value of , it is possible to switch from speed control mode to force control mode in a well-timed and smooth manner. In addition, when pressing is under force control, the feedbank of the speed measurement value (actual speed) is treated as a so-called damping term of the state variable feedbank, so the control system is extremely stable.

本発明によれは、第2図のように、磁気ディスク9とス
ペーサー90を積み重ねたものを順に取り上げ、他の場
所に移す時のように、ハンド5が磁気ディスク9、又は
スペーサー90を取る時の深さが、変化していく場合で
も、希望のハンド下降速度と、希望の押し付は力が常に
、かつ自動的に得られるため、深さ方向の距離のティー
チングが不用になって、ロボットに作業を教示する人間
の負担が軽くなり、ロボットの知能化が一歩進むことに
なる。
According to the present invention, when the hand 5 picks up the magnetic disk 9 or the spacer 90, as shown in FIG. Even when the depth of the robot changes, the desired hand descending speed and the desired pressing force can always be obtained automatically, making it unnecessary to teach the distance in the depth direction, and the robot This will reduce the burden on humans who have to instruct robots to perform tasks, and will make robots one step more intelligent.

(b)他の実施例の説明。(b) Description of other embodiments.

第4図は本発明の第2の実施例の構成図である。FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

図中、第2図で示したものと同一のものは同一の記号で
示してあり、82bは不感帯部であり、セントされた不
感帯幅Wの非線形特性の入出力特性を示すものである。
In the figure, the same parts as those shown in FIG. 2 are indicated by the same symbols, and 82b is a dead band portion, which shows the input/output characteristic of the nonlinear characteristic of the centered dead band width W.

この実施例では、不感帯部82bによって希望の速度と
希望の押し付は力を得るようにしている。
In this embodiment, the desired speed and desired pressing force are obtained by the dead band portion 82b.

即ち、不感帯部82bは、力計測値Frに対し非線形要
素を通した信号のフィードバンクを実行するものであり
、CPU82の演算によって行われる。
That is, the dead band section 82b performs a feed bank of a signal passed through a nonlinear element to the force measurement value Fr, and is performed by the calculation of the CPU 82.

この非線形要素の演算方法は次の通りである。The calculation method for this nonlinear element is as follows.

先づ、入力の絶対値が不感帯幅設定値Wより小さい時は
出力をゼロとする。一方、入力の絶対値が不感帯幅設定
値Wより大きい時は、 入力が正値の時は、(入力−不感帯幅設定値)を出力と
し、 入力が負値の時は、(入力+不感帯幅設定値)を出力と
する。
First, when the absolute value of the input is smaller than the dead band width setting value W, the output is set to zero. On the other hand, when the absolute value of the input is larger than the dead band width setting value W, if the input is a positive value, (input - dead band width setting value) is output, and if the input is a negative value, (input + dead band width set value) as the output.

次に、第4図実施例構成の動作について第5図を用いて
説明する。
Next, the operation of the configuration of the embodiment shown in FIG. 4 will be explained using FIG.

第5図に示す如く位置P1接触しても不感帯幅Wに対応
する押し付は力になるまで指令Vcで与えられた速度で
移動を続け、その後は、即ちFr〉Wとなることによっ
て第3図と同様に減速して停止する。
As shown in FIG. 5, even if contact is made at position P1, the pressing force corresponding to the dead zone width W continues to move at the speed given by the command Vc until it becomes a force, and after that, the third It decelerates and stops as shown in the figure.

この時の押し付は力は、入力指令Vcによる力指令値と
不感帯幅Wに対応した力との和になり、一方、接近中の
速度は入力指令Vcだけに依存するので、移動速度と押
し付は力を独立に制御できる。
The pressing force at this time is the sum of the force command value based on the input command Vc and the force corresponding to the dead zone width W. On the other hand, the speed during approach depends only on the input command Vc, so the moving speed and the pushing force are the same. The attached power can be controlled independently.

この実施例では、第2図の実施例に比し、次の利点が付
加される。即ち、力計測値Frのフィードバンクゲイン
を固定できることから、閉ループ制御系としてのループ
利得を一定に保ったまま(つまり制御系としての安定性
を保証しつつ)押し付は力を広い範囲で可変できること
、及びハンド5が空中に浮いた状態で(つまりハンド5
が他の物体を押していない時)、入力Vcをゼロとし、
その場所に止めておきたい時、第2図の実施例では、ひ
ずみゲージ30の力計測値にオフセット変動があると、
それにより、ハンド5の位置がドリフトすることがある
が、この実施例では、不感帯幅より小さなオフセット変
動に対しては、不感になり、ドリフト現象はな(なる。
This embodiment has the following advantages over the embodiment shown in FIG. In other words, since the feed bank gain of the force measurement value Fr can be fixed, the pressing force can be varied over a wide range while keeping the loop gain as a closed loop control system constant (that is, while guaranteeing stability as a control system). What you can do, and with hand 5 floating in the air (i.e. hand 5
is not pushing any other object), input Vc is set to zero,
In the embodiment shown in FIG. 2, if there is an offset variation in the force measurement value of the strain gauge 30, when you want to stop the strain gauge at that location,
As a result, the position of the hand 5 may drift, but in this embodiment, it becomes insensitive to offset fluctuations smaller than the dead zone width, and no drift phenomenon occurs.

また、第4図において、入力Vcをゼロとし、ハンド5
の筒の所を教示者が手でもって上下に導くと、力センサ
3のひずみゲージ30がそれを感じて、ロボットのハン
ドの動きが、作業者の手の動きに追従する。いわゆるダ
イレクトティーチ(直接教示)が可能である。これは、
入力Vcがゼロであるため、力計測値Frに不感帯の演
算を施した値がゼロになるようにモータ26が制御され
ることによる。
In addition, in FIG. 4, input Vc is set to zero, and hand 5
When the instructor guides the cylinder up and down with his hand, the strain gauge 30 of the force sensor 3 senses this, and the movement of the robot's hand follows the movement of the worker's hand. So-called direct teaching is possible. this is,
Since the input Vc is zero, the motor 26 is controlled so that the value obtained by calculating the dead zone on the force measurement value Fr becomes zero.

この場合も、不感帯幅の設定により、教示者がハンド5
の筒部から手を離した時のドリフト現象を防止すること
、ハンド5の筒部を教示者が手で導く時教示者への応答
として適当な抵抗力(不感帯幅に対応)を発生させるこ
とができる。
In this case as well, depending on the setting of the dead band width, the instructor can
To prevent a drift phenomenon when the hand is removed from the cylindrical part of the hand 5, and to generate an appropriate resistance force (corresponding to the width of the dead zone) as a response to the teacher when the teacher guides the cylindrical part of the hand 5 by hand. I can do it.

別の実施例として、CPU82内で利得制御及び不感帯
制御の両方を行ってもよく、利得手段82a又は不感帯
部82bをCPU82のプログラムの実行によらず、別
のハードウェアで構成してもよい。又、実速度を検出器
26aによって計測せず、モータ26の状態からオブザ
ーバ等によって推定値として得るようにしてもよい。
As another embodiment, both the gain control and the dead zone control may be performed within the CPU 82, and the gain means 82a or the dead zone section 82b may be configured by separate hardware without depending on the execution of the program by the CPU 82. Alternatively, the actual speed may not be measured by the detector 26a, but may be obtained as an estimated value from the state of the motor 26 by an observer or the like.

+Clロボットへの適用例の説明。+Explanation of application example to Cl robot.

第6図は本発明の直交ロボットに適用した場合の構成図
、第7図は第8図構成のハンド及び力センサ構成図、第
8図は第6図構成の合成部85、サーボ制御部86及び
力制御部のブロック図である。
FIG. 6 is a configuration diagram when the present invention is applied to an orthogonal robot, FIG. 7 is a configuration diagram of the hand and force sensor configured in FIG. 8, and FIG. 8 is a composition section 85 and servo control section 86 configured in FIG. and a block diagram of a force control section.

図中、第1図、第2図、第10図で示したものと同一の
ものは同一の記号で示してあり、1az1bはX軸モジ
ュールであり、ロボットのX軸位置決め機構を構成し、
各X軸モータ10a、10bにより搬送パレットlla
、IlbをX軸方向へ搬送位置決めするもの、2は門型
ロボットであり、X軸モジュールla、lbの両側に設
けられた一対の支持ベース20.21と、Y軸方向に移
動するZ軸ブロック22と、X軸方向に移動する2軸可
動部(アーム)23と、Z軸ブロック22を送り、ポー
ルネジ24aを回転させガイド25a、25bに沿って
Y軸方向に駆動するY軸モータ24と、Z軸ブロック2
2に設けられ、Z軸可動部23を図示しないボールネジ
送り機構を介しX軸方向に駆動するZ軸モータ26とを
有している。3は前述の力センサであり、第7図(A)
に詳細を示ず如くZ軸可動部23に対し一対の板ばね3
a、3bが平行にねじ等で固定され、更に後述する支持
部材に固定され、且つ板ばね3a、3bの内面番こ各々
一対の歪ゲージ30a、30b。
In the figure, the same parts as those shown in FIGS. 1, 2, and 10 are indicated by the same symbols, and 1az1b is an X-axis module, which constitutes the X-axis positioning mechanism of the robot.
Transport pallets lla by each X-axis motor 10a, 10b
, Ilb is transported and positioned in the X-axis direction, and 2 is a gate-type robot, which includes a pair of support bases 20 and 21 provided on both sides of the X-axis modules la and lb, and a Z-axis block that moves in the Y-axis direction. 22, a two-axis movable part (arm) 23 that moves in the X-axis direction, and a Y-axis motor 24 that sends the Z-axis block 22, rotates the pole screw 24a, and drives it in the Y-axis direction along guides 25a and 25b. Z-axis block 2
2, and a Z-axis motor 26 that drives the Z-axis movable section 23 in the X-axis direction via a ball screw feeding mechanism (not shown). 3 is the aforementioned force sensor, as shown in Fig. 7(A).
As not shown in detail in , a pair of leaf springs 3
a, 3b are fixed in parallel with screws or the like, and further fixed to a support member to be described later, and a pair of strain gauges 30a, 30b are formed on the inner surfaces of leaf springs 3a, 3b, respectively.

31a、31. bが設けられているものであり、歪ゲ
ージ302〜31bは第7図(B)に示す如くブリッジ
接続され、入力電圧Vinに対し、出力電圧■Outを
得て、その値より平行板ばね3a、3bの吸着ハンド5
の軸方向の変位を検出するものであり、歪ゲージ30a
、30bは圧縮荷重を受ける側、31a、31bは引張
荷重を受ける側のものである。
31a, 31. The strain gauges 302 to 31b are connected in a bridge as shown in FIG. 7(B), and an output voltage Out is obtained for the input voltage Vin. , 3b suction hand 5
The strain gauge 30a detects the displacement in the axial direction of the strain gauge 30a.
, 30b are the sides that receive compressive loads, and 31a and 31b are the sides that receive tensile loads.

4はハンド支持部材であり、吸着ハンド5を支持すると
ともに第7図(A)の如く平行板ばね3a、3bが固定
されるもの、5は真空吸着ハンドであり、第7図(A)
に示す如く筒状本体50の先端に吸着面51が設けられ
るとともに、吸気ポンプに接続された吸気チューブ52
を有するもの、6は治具であり、パレットlla上で円
板9を固定するもの、7はベースであり、パレットll
bに搭載され、円板9が取付けられるものである。
Reference numeral 4 denotes a hand support member, which supports the suction hand 5 and has parallel plate springs 3a and 3b fixed thereto as shown in FIG. 7(A), and 5 represents a vacuum suction hand;
As shown in the figure, a suction surface 51 is provided at the tip of the cylindrical body 50, and an intake tube 52 connected to an intake pump.
6 is a jig that fixes the disk 9 on the pallet lla, 7 is a base and the pallet lla
b, and a disc 9 is attached to it.

80は操作パネルであり、オペレータが操作してプレイ
バックモード、教示モード等を指示するもの、81はメ
モリであり、教示データ等を格納するもの、82はプロ
セッサ(以下CPUと称す)であり、マイクロプロセッ
サ等で構成され、プレイバンク時にメモリ81の内容を
読出して各部へ指令を与えるもの、83はX、Y軸サー
ボ制御部であり、X軸モジュールla、lbのX軸モー
タ10a、10b及びY軸モータ24を位置制御するた
め、CPU82からの指令位置CX2、CX+、CYと
後述するドライバ位置検出回路からの現在位置PX2、
PXl、PYとの差を出力するもの、84はパワーアン
プであり入力を増幅してX軸モータ10a、10b、Y
軸モータ24に電流を供給するもの、85は前述の合成
部であり、第8図にて後述する如く、Z軸の指令値VZ
と後述する力制御部の制御出力PFZとの差をとり、サ
ーボ回路へ与えるもの、86は前述のサーボ回路であり
、第8図にて後述するもの、87は力制御部であり、第
8図にて後述する様に力センサ3の検出出力FZを受け
、これをデジタル値FZに変換するとともに不感帯を設
定して制御出力PFZを出力するもの、88はハンド位
置検出部であり、各軸のモータ10a、10b、24.
26に設けられたロータリーエンコーダの出力から各軸
の現在位置PXI、PX2、PY、PZを求め、ハンド
5の現在位置を得るもの、89はバスであり、CPU8
2とメモリ81、操作パネル80、サーボ制御部83、
合成部85、力制御部87及びハンド位置検出回路88
とを接続し、データ、コマンドのやりとりを行なうもの
である。
80 is an operation panel, which is operated by the operator to instruct playback mode, teaching mode, etc., 81 is a memory, which stores teaching data, etc., 82 is a processor (hereinafter referred to as CPU), It is composed of a microprocessor, etc., and reads out the contents of the memory 81 during playbank and gives commands to each part. Reference numeral 83 is an X- and Y-axis servo control unit, which controls the X-axis motors 10a, 10b and In order to control the position of the Y-axis motor 24, command positions CX2, CX+, CY from the CPU 82 and current position PX2, from a driver position detection circuit to be described later are used.
84 is a power amplifier that outputs the difference between PXl and PY, and amplifies the input to drive the X-axis motors 10a, 10b, Y
85 is the above-mentioned combining unit that supplies current to the axis motor 24, and as described later in FIG. 8, the Z-axis command value VZ
86 is the aforementioned servo circuit, which will be described later in FIG. 8, 87 is a force control section, As will be described later in the figure, a device receives the detection output FZ of the force sensor 3, converts it into a digital value FZ, sets a dead zone, and outputs the control output PFZ, and 88 is a hand position detection section, which detects each axis. motors 10a, 10b, 24.
The current position PXI, PX2, PY, PZ of each axis is obtained from the output of the rotary encoder provided at 26, and the current position of the hand 5 is obtained. 89 is a bus, and the CPU 8
2, memory 81, operation panel 80, servo control section 83,
Synthesis unit 85, force control unit 87, and hand position detection circuit 88
It is used to exchange data and commands.

第8図中、850はデジタル/アナログコンバータ(以
下D/Aコンバータと称す)でありCPU82からバス
89を介して与えられる速度指令VZをアナログの電圧
指令に変換するもの、851は差動アンプであり、D/
Aコンバータ850の電圧指令と不感帯回路870から
の制御出力PFZとの差をとるもの、86bは差分回路
であり、差動アンプ851の出力Vc’と実速度Vrと
の差をとるもの。870は不感帯回路であり、CPU8
2からバス89を介し不感帯幅Wがセットされ、力セン
サ3の検出出力FZが−W≦M≦Wにある時は、制御出
力PFZを零とし、MOWなら正の制御出力PFZを、
M<−Wなら負の制御出力PFZを与え、合成部85の
差動アンプ851に与えるもの、871はアナログ/デ
ジタルコンバータ(以下A/Dコンバータと称す)であ
り、アナログの検出出力FZをデジタル値に変換してバ
ス89へ出力するものである。
In Fig. 8, 850 is a digital/analog converter (hereinafter referred to as D/A converter) that converts the speed command VZ given from the CPU 82 via the bus 89 into an analog voltage command, and 851 is a differential amplifier. Yes, D/
86b is a differential circuit that takes the difference between the voltage command of the A converter 850 and the control output PFZ from the dead band circuit 870, and the difference between the output Vc' of the differential amplifier 851 and the actual speed Vr. 870 is a dead band circuit, and the CPU 8
2 through the bus 89, and when the detection output FZ of the force sensor 3 is -W≦M≦W, the control output PFZ is set to zero, and in the case of MOW, the positive control output PFZ is set as
If M<-W, a negative control output PFZ is given to the differential amplifier 851 of the synthesis section 85. 871 is an analog/digital converter (hereinafter referred to as A/D converter), which converts the analog detection output FZ into a digital one. It converts it into a value and outputs it to the bus 89.

次に、第9回吸着動作処理フロー図により係るロボット
の吸着取出し動作について説明する。
Next, the suction and take-out operation of the robot will be described with reference to the ninth suction operation processing flowchart.

■先づ、CPU82は円板9のX、Y座標位置を位置指
令CX1、CYをバス89を介しサーボ制御部83ヘパ
ワーアンプ84より駆動電流SX+、SYをX軸モータ
10a、Y軸モータ24に供給する。これによって、X
軸モジュール1aのX軸モータ10a、Y軸モータ24
が駆動されて、真空吸着ハンド5はX軸モジュールIa
上のバンク)llaの治具6の円板9上にX−Y位置決
めされる。
First, the CPU 82 sends a position command CX1 and CY to the X and Y coordinate positions of the disk 9 to the servo control section 83 via the bus 89, and a drive current SX+ and SY from the power amplifier 84 to the X-axis motor 10a and Y-axis motor 24, respectively. supply to. By this,
X-axis motor 10a and Y-axis motor 24 of axis module 1a
is driven, and the vacuum suction hand 5 moves to the X-axis module Ia.
The upper bank) is positioned X-Y on the disk 9 of the jig 6 of lla.

■次に、CPU82はハンド位置検出回路88の各軸の
現在位置PX2、py、pzからの所定のハンド位置に
到達したか否かを調べ、そして所定の位置に停止した後
の所定の時間経過後(0,5秒程度)、力センサ3の振
動停止とみなし、カフィードパンクをオンとする。例え
ば、図示しない力制御部87と合成部85間のスイッチ
をオンとし、力制御部87の出力PFZを合成部85へ
入力可能とする。
■Next, the CPU 82 checks whether or not the hand has reached a predetermined position from the current position PX2, py, pz of each axis of the hand position detection circuit 88, and determines whether a predetermined time has elapsed after stopping at the predetermined position. After that (approximately 0.5 seconds), it is assumed that the force sensor 3 has stopped vibrating, and the feed puncture is turned on. For example, a switch (not shown) between the force control section 87 and the synthesis section 85 is turned on to enable the output PFZ of the force control section 87 to be input to the synthesis section 85 .

■CPU82は、バス89を介し指令値VZを合成部8
5へ与える。前述の如く、円板9への接近中はPFZ=
0であるから、サーボ回路86へは指令速度として出力
され、Z軸モータ26を速度制御する。従って、吸着ハ
ンド5は円板9に向って指令速度■1で下降する。
■The CPU 82 sends the command value VZ to the synthesis unit 8 via the bus 89.
Give to 5. As mentioned above, while approaching the disk 9, PFZ=
Since it is 0, it is output as a command speed to the servo circuit 86, and the speed of the Z-axis motor 26 is controlled. Therefore, the suction hand 5 descends toward the disk 9 at a commanded speed of 1.

■一方、CPU82はバス89を介し力制御部87のA
/Dコンバータ871の力計測値FZを監視し、FZが
所定の値Mとなると、吸着ハンド5が円板9に接触した
と判定する。これ以降第5図で示した如く、カフィード
バンクが働き、合成部のアンプ851の出力Vc’が減
少し、2軸モータ26、即ち吸着ハンド5の下降速度は
減少し、吸着ハンド5の円板9への押し付は力が発生し
、徐々に押し付は力は増加する。
■On the other hand, the CPU 82 connects the force controller 87 to A via the bus 89.
The force measurement value FZ of the /D converter 871 is monitored, and when FZ reaches a predetermined value M, it is determined that the suction hand 5 has contacted the disk 9. From then on, as shown in FIG. 5, the feed bank operates, the output Vc' of the amplifier 851 of the combining section decreases, the descending speed of the two-axis motor 26, that is, the suction hand 5 decreases, and the circle of the suction hand 5 decreases. Pressing against the plate 9 generates force, and the pressing force gradually increases.

更に、CPU82はバス82を介し、吸気チューブ52
の負圧を検出する図示しない圧力センサの出力を監視し
、吸着ハンド5が円板9を吸着したかを検出する。
Further, the CPU 82 connects to the intake tube 52 via the bus 82.
The output of a pressure sensor (not shown) that detects negative pressure is monitored to detect whether or not the suction hand 5 has suctioned the disk 9.

■CPU82は、吸着ハンド5が円板9を吸着したと判
定すると、指令値vZを零とし、次に前述のスイッチを
オフとしてカフィードバックをオフとする。
(2) When the CPU 82 determines that the suction hand 5 has suctioned the disk 9, the CPU 82 sets the command value vZ to zero, and then turns off the above-mentioned switch to turn off the cup feedback.

更にCPU82は、吸着ハンド5を上昇すべく、つ1 逆方向の指令値VZをバス89を介し合成部85へ与え
、これによってZ軸モータ26は逆回転し、吸着ハンド
5は上昇し、円板9の取り出しが行なわれる。
Furthermore, in order to raise the suction hand 5, the CPU 82 gives a command value VZ in the opposite direction to the synthesis unit 85 via the bus 89, thereby causing the Z-axis motor 26 to rotate in the reverse direction, and the suction hand 5 to rise and move in a circular motion. The board 9 is taken out.

更に前述と同様にX軸モータl Ob、、 Y軸モータ
24を駆動して吸着ハンド5をX軸モジュール1bのパ
レットIlbのベース7の所定の位置に位置決めし、ス
テップ■〜■と同様Z方向に下降せしめ、ベース7への
接近、接触、押し付けを行い、吸着を解除して円板9の
ベース7への取付けを行う。
Furthermore, in the same manner as described above, drive the X-axis motor lOb, and the Y-axis motor 24 to position the suction hand 5 at a predetermined position on the base 7 of the pallet Ilb of the X-axis module 1b, and move it in the Z direction similarly to steps The disc 9 is lowered to approach, touch, and press the base 7, and the suction is released to attach the disc 9 to the base 7.

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。
Although the present invention has been described above using examples, the present invention can be modified in various ways according to the gist of the present invention, and these are not excluded from the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に、本発明によれば、物体への接近、接
触、押し付けがループの切換えなく連続的に円滑に行う
ことができるという効果を奏し、物体への急激な力を付
与することなく、円滑な動作ができ、特にロボット等の
取り出し、取り付は作業に好適である。
As explained above, according to the present invention, it is possible to approach, touch, and press an object continuously and smoothly without switching loops, and without applying sudden force to the object. It can operate smoothly and is especially suitable for removing and attaching robots, etc.

又、接触までは、指令値が速度指令なので接近の高速性
を損なうこともないという効果も奏し、高速駆動が可能
となる。しかも、係る動作を自律的に行うことができる
から、近接スイッチ等のアナログスイッチも設けなくて
も済むという効果も奏し、安価で、動作の安定した装置
を提供できる。
Furthermore, since the command value is a speed command until contact, there is an effect that the high-speed approach is not impaired, and high-speed driving is possible. Furthermore, since such operations can be performed autonomously, there is no need to provide an analog switch such as a proximity switch, and an inexpensive device with stable operation can be provided.

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

第1図は本発明の原理説明図、 第2図は本発明の一実施例構成図、 第3図は第2図構成の動作説明図、 第4図は本発明の他の実施例構成図、 第5図は第4図構成の動作説明図、 第6図は本発明をロボットに適用した構成図、第7図は
第6図構成のハンド及び力センサ構成図、 第8図は第6図構成の合成部及び力制御部ブロック図、 第9図は第6図構成における吸着動作処理フロー図、 第10図は従来技術の構成図である。 図中、3−力センサ(力検出手段)、 5−=ハンド(移動体)、 9−円板(物体)、 26−Z軸モータ(駆動手段)、 85−・−合成部(制御手段)、 86−サーボ回路。
FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of one embodiment of the invention. FIG. 3 is a diagram explaining the operation of the configuration shown in FIG. , FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the configuration shown in FIG. 4, FIG. 6 is a configuration diagram in which the present invention is applied to a robot, FIG. 7 is a configuration diagram of the hand and force sensor of the configuration shown in FIG. 6, and FIG. FIG. 9 is a block diagram of the synthesis unit and force control unit in the configuration shown in FIG. 9. FIG. 9 is a flowchart of the adsorption operation process in the configuration shown in FIG. In the figure, 3-force sensor (force detection means), 5-=hand (moving body), 9-disk (object), 26-Z-axis motor (driving means), 85--combining unit (controlling means) , 86-servo circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 移動体(5)を駆動する駆動手段(26)と、該移動体
(5)に加わる外力によって変位し且つ該外力を検出す
る力検出手段(3)と、 該駆動手段(26)を速度制御するためのサーボ手段(
86)と、 指令値(Vc)と該力検出手段(3)の出力(Fr)と
を合成した信号(Vc′)を該サーボ手段(86)に供
給する制御手段(85)とを備え、該移動体(5)の物
体に対する接近、接触、押し付けを連続的に行うことを
特徴とする移動体制御装置。
[Scope of Claims] A driving means (26) for driving the moving body (5), a force detecting means (3) that is displaced by an external force applied to the moving body (5) and detects the external force, and the driving means Servo means (26) for controlling the speed of
86), and control means (85) for supplying a signal (Vc') that is a combination of the command value (Vc) and the output (Fr) of the force detection means (3) to the servo means (86), A moving body control device characterized in that the moving body (5) continuously approaches, contacts, and presses an object.
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