JPS6145304A

JPS6145304A - ロボツトの制御方式

Info

Publication number: JPS6145304A
Application number: JP59166995A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asakawa; 浅川　和雄; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Tadashi Akita; 正秋田; Hitoshi Komoriya; 均小森谷; Toru Kamata; 徹鎌田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1986-03-05

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、組立作業等を行なうロボ・ノドにおいて、相
対的な位置誤差を自律的適応動作によって補正しうるロ
ボットの制御方式に関し、特にロボット全体の見かけの
スティフネス（バネ性）を変えて自律的適応動作を行な
わしめるロボットの制御方式に関する。

近年ロボットの技術進歩は目覚しく種々の分野において
、人間に代ってロボットが作業を行っている。

係るロボットの制御は、一般に位置制御と称される制御
方式が主流である。この位置制御では、予じめ所定の軌
道をロボットに指示しておき、ロボットの各関節に搭載
された変位及び速度センサの信号を帰還してロボットを
指示された軌道に沿って位置制御することによって実現
している。このような位置制御は、指令軌跡とロボット
の移動軌跡との間に多少の誤差が生じたとしても作業空
間から拘束力を受けないという条件のもとで、無難に作
業ができる。しかしながら、係る位置制御では、移動中
に障害物や作業対象物から拘束力を受けても外乱として
認識し、位置制御によって所定の軌道を移動し続けよう
とするため、障害物等と激突し、ロボット本体や障害物
等に重大な損傷を与え、所定の作業が実行できなくなる
。このような問題点があったとしても、位置制御は不定
と２．　　　　　なることがなく安定な制御が実現でき
るという大ｊ　　　　　　きな制御上のメリ・・トがあ
り、・ボ・トの重要な制御技術として確立している。

しかし、近年ロボットにある程度の力を付与して作業を
行なわせたり高い位置精度で作業を行なわせるには、位
置制御のみでは充分といえず、作業対象物との相対的位
置誤差を補正する手段を必要とする。

〔従来の技術〕

このような補正手段としては、力制御によるものが知ら
れている。

この力制御では、ロボットのハンドに力センサを設け、
拘束力を検出する力センサの出力でロボットの動作制御
を行なうものであるが、何らかの力情報が帰還されてい
ないと、ロボットの動作が決まらないため、力制御のみ
ではロボットの制御が不可能（不定）となる。即ち、例
えば組立作業では、部品搬送時は再環拘束力を受けない
（力信号が帰還されない）ので、この間は制御ができな
い。

一方、前述の如く位置制御のみでは、繊細な力制御を実
行できないため、位置制御と力制御の両方を同時に行な
うロボットが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような位置と力の同時制御が可能なロボットにおい
ては、位置制御系と力制御系との両方を具備し、必要に
応じ位置制御系と力制御系とを切換えて行っている。こ
のためには、予じめ指令として切換え時点（位置）を教
示しておき、その時点（位置）に達した時に位置制御系
から力制御系に切換えることが行なわれている。しかし
、このような切換えは、予じめ障害物や対象物の位置が
判っており、しかもその近傍に正確に位置決めされるこ
とが必要となり、位置制御中に拘束力をうけても力制御
に変わることはできないという問題点がある他に、位置
制御系から力制御系に切換わる過渡時に過渡現象として
過大な制御量がロボットに付与され、対象物や障害物と
の激突が避けられないという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の問題点に゛鑑み、拘束力を受けない時
は位置制御モードに、拘束力を受けると力制御モードに
自律的に変化し、且つ位置制御系によって実現すること
のできるロボットの制御方式を提供するにある。

本発明は、ロボットの移動指令値に応じて該ロボットを
移動制御する制御手段と、該ロボ−／　トの作用点に設
けられ、該ロボットに付与される外力によるたわみを検
出するバネ機構と、該バネｔａｘｉのたわみ検出出力に
所定のゲインを乗じてたわみフィードバック値とするた
わみフィードバック手段とを有し、該制御手段が該移動
指令値と該たわみフィードバック値との和に応じて該ロ
ボットを移動制御することを特徴としている。

また、本発明の実施態様は次の通りである。

■　前記所定のゲインを大としたことを特徴としている
。

■　前記所定のゲインを正負に可変できることを特徴と
している。

■　前記バネ機構は、前記外力によるたわみ検出に対し
て不感帯を有し、該不感帯幅によって力制御を行なうこ
とを特徴としている。

■　前記不感帯幅のたわみによって接触力を得ることを
特徴としている。

〔作用〕

本発明では、たわみを検出するバネ機構の検出出力に所
定のゲインを乗じてたわみフィードバック値としこれを
制御量としているので、制御量として移動指令値に加え
て外力（拘束力）によるたわみ量がフィードバック値と
して与えられる。そして所定のゲインによって、バネ機
構が外力（拘束力）を受けると、たわみ量がお大きくな
りフィードバック値が大となり、制御手段は主にたわみ
フィードバックによりて動作して外力適応制御を行なう
ことになる。即ち、ロボット全体のスティフネスを変化
させることによって位置制御と外力適応制御を拘束力に
応じ自律的に変化させるようにしている。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第２図及び第３図は本発明の原理説明図であり、図中、
１はロボット本体、２はロボットの作用点（ハンド先端
）に設けられたバネ機構、８Ｊは拘束面である。

、　本発明では、ロボットは１種のバネであると考える
ことを基本としている。

ここで、ロボットの発生する力ｆは、ロボットが移動し
ている場合に以下の式で表現される。

ｆ　−Ｋ　・（ＸＯ−ｘ）　　　　　　　　　　　（１
）但し、ｆ：ロボットの発生力に：ロボットのスティフネスｘＯ：目標位置Ｘ：ロボットの現在位置式（１）では、拘束力の項が無いので力の制御量として
制御可能な力Ｆｒを加える。Ｆｒは、ロボットの先端に
不感帯を持つバネ機構２を装着することで実現できる。

（Ｆｒの制御法については、後で説明する＊　）　Ｆｒ
を加えると式（１）は、ｆ　＝Ｋ　・（ＸＯ−ｘ）　＋
Ｆｒ　　　　　　　　（２）Ｆｒ＝Ｋｃ−Ｘｃ　　　　
　　　　　　　　　　　（３）但し、Ｋｃ：ロボットの先端に装着したバネ機構２のスティフ
ネスｘｃ：ロボットの先端に装着したバネ機構２の変位となる。式（２）では、位置制御命令（目標位置への移
動指令：　ＸＯ）と力制御命令（バネ機構の変位指令：
　Ｘｃ）が同時に与えられているため一見制御不可能の
ように思える。しかし、以下に述べる様にロボットのス
ティフネスＫを制御できれば、位置制御モードと力制御
モード（外方適応モード）を自律的に切り換えることが
できる。

先づ、位置制御モードとするには、Ｋ〉〉１となる様に
Ｋを制御できれば、式（２）はロボットが拘束力を受け
ない状態に於て、式（１）と同様に、ｆ−Ｋ　・（ＸＯ−ｘ）　　　　　　　　　　　　（４
）となるため、一般的な位置制御と同様にロボットは変
位誤差に比例した力を発生する。この場合、バネ機構２
は拘束力を受けないため変位はゼロである。但し、加速
度によるバネ機構の変位は、無視する。

次に、力制御モードとするには、Ｋ〈〈１となる様にＫ
を制御できれば、式（２）はバネ機構が拘束力を受ける
状態に於て位置決め誤差量に関係無く、ｆ　−Ｆｒ　　　（＝Ｋｃ−Ｘｃ）　　　　　　　　　
　　　　（５）と近似できる。ここで、接触力（拘束力
）　Ｐｒは以下に述べる様にバネ機構の変位量Ｘｃで制
御することができる。

力制御モードで接触力を制御するのに、第３図に示す方
法を採用している。この様にするとｆは、−ＦｒＳ　ｆ
　；１ｉｉＦｒ　　　　　　　　　　　　　　（６）の
範囲で制御できる。この場合、バネ機構は±Ｘｃ以内の
変位しかしないようにする。但し、第３図の直線のｍき
は、バネ機構のスティフネスＫｃである。

ここで、ｆ−Ｆｒとなる様に制御するためには、第２図
の拘束面（あるいは拘束点”）　ＩＩＪより遠い変位を
変位指令としてロボットに指示すればよい。

この時、ロボットのスティフネスを大きな値となる様に
制御して、先端から見たロボットのスティフネスを先端
のバネ機構２のスティフネスＫｃと見かけ上なる様に制
御しておき、バネ機構２がＸｃだけたわんだらロボット
の見かけのスティフネスをほぼ零とする様に制御すると
、バネ機構２がＸｃまで変位するとロボット１が所定量
変位して、たとえ拘束面ＢＪとの距離が変化したとして
もバネ機構２の変位を一定のＸｃに保つことができる。

これにより、接触力は一定値Ｆｒに制御される。

このように、ロボット１のスティフネスＫを制御するこ
とによって、第（２）式の制御を行う系が位置制御モー
ド（第（４）式）と力制御モード（第（５）式）とに自
律的に変化して適応制御が行なわれる。換言すれば、ロ
ボットのスティフネス（バネ性）を制御することによっ
て、拘束力側から見てロボット自体が見かけ上柔かくな
ったり、固くなったりさせることによって、人間の手首
と同様の機能を発揮させようとするものである。従って
拘束力を受けるまでは、位置制御による剛性のあるモー
ドで動作せしめ、物体等に触れて拘束“□１′　　　　
　　力を受けると拘束力に応じた柔軟なモードで動作せ
しめる様にし、これを人間の手首と同様に自律的に行な
うようにしている。

次に、ロボットのスティフネスを制御する方法によって
最も普及している直流モータで駆動されているロボット
を例に説明する。

第４図はロボット−軸分の直流モータの制御ブロック図
である。

直流モータで駆動されるロボットの一軸分の特性が以下
の電圧方程式及び運動方程式で表わされるものとする。

ｖ−Ｒ−ｉ＋Ｌ−ｉ＋Ｂｉ−ｘ　　　　　　　（７）ｆ
＝８１−ｉ　　　　　　　　　　　　　　　（８）ｆ−
Ｍ−ｘ＋Ｄ−ｘ＋Ｆｆ　　　　　　　　　（９）但し、Ｖ：直流モータの端子間電圧Ｒ：直流モータの直流抵抗ｉ：直流モータの電流Ｌ：直流モータのインダクタンスＢ１：直流モータの力定数ｆ：直流モータの発生力Ｍ：可動部の質量Ｄ：可動部の粘性制動係数Ｆｆ：可動部の摩擦力Ｘ：可動部の変位Ｓニラプラス演算子このような（７）、（８）、（９）式の特性をもつロボ
ットを位置制御した場合の制御ブロック図は第４図とな
る。

これを伝達関数として示すと、第４図で表される制御系
の変位指令に対するロボットの変位の伝達関数は、次の
様になる。

但し、ａＯ＝Ａｐ−Ｂｌ　・ｋ３ａｌ＝Ａｐ−Ｂ１・ｋ２＋Ａｐ４１・Ｄ　＋　Ｒ１＋Ｂ
１２ａ２＝Ａｐ−ｋｌ・Ｍ　＋　Ｌ−Ｄ　＋　Ｒ−Ｍ３
−Ｌ−ＭＡｐ：演算増幅器の開ループゲインＰ：変位指令に１：電流の帰還ゲインに２：速度の帰還ゲインに３：変位の帰還ゲインここで、Ａｐ−（至）と仮定して式（１０）を変形する
と、となる０式（１１）は、ロボットが８１・　ｋ３　
／　ｋｌのスティフネスのバネと等価であることを示し
ている。従うて、位置帰還ゲインに３を大きい値に設定
することでロボットのステイフネスを大きい値に制御で
きることになる。

このように、ロボットが位置制御されることにより、ロ
ボットのステイフネスＫを大きい値に制御できるため、
先端から見たロボットの見かけのスティフネスは、先端
に取り付けたバネ機構のスティフネスＫｃと近似できる
。

このような位置制御系を変更することなく力制御を行な
うため、本発明では、次のような制御系を構成している
。

第１図は本発明の一実施例制御ブロック図であり、位置
制御系の閉ループ伝達関数は式（１１）で示しである。

図中、Ｘｔは全変位Ｍ（ロボットの変位置バネ機構の変
位）、ＦＯは外力（接触力）、Ｘｆはバネ機構の変位量
、αはバネ機構の変位の入力ゲインである。

第１図の制御系では、ロボット１の先端にスティフネス
Ｋｃのバネ機構２を取り付け、外力Ｆｏで押された時の
変位置Ｘｆをゲインαを介して変位指令Ｐに加えること
を特徴としている。

この制御系について考察する。

全変位量Ｘｔはロボット１先端の変位量Ｘと先端部に取
り付けたバネ機構２の変位置Ｘｆとの和で表される。

Ｘｔ　（ｓ）　−ｘ　（ｓ）　＋Ｘｆ（ａ）　　　　　
　　　　　　（１２）従って、外力ＦＯが加わりロボッ
ト１がＸｔ変位すると、ロボット１のステイフネスは見
掛は上Ｆｏ／Ｘｔとなる。第１図で表される制御系の伝
達関数Ｆｏ（ｓ）／　Ｘ　ｔ　（りを求めると、となる。定常状態では、５Ｉ＝ＩＯ（即ち、ロポ・７ト
が一定速度で移動又は外力が等力）であるから、と考え
てよい。

第（１４）式では、ロボットのスティフネスが見かけ上
の先端のバネ機構２のスティフネスＫｃの１７（１＋α
）倍になっていることがわかる。

即ち、位置制御モードにおけるスティフネスがＫｃから
変化することになる。従ってαを大きい値とすると、ス
ティフネスは減少し、力制御モードを実現できる。

以上をまとめると、外力が加わらない時のロボット先端
の変位量は、ロボット本体の変位量と一致する（バネ機
構の変位量−ゼロ）ので、ロボットの見掛は上のスティ
フネスには、Ｋ鱈Ｋｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１５）
但し、ロボット本体のスティフネス−８１・ｋ３／ｋｌ
となり、自律的に制御モードは位置制御モードとなる。

一方、外力がロボットの先端に取り付けられたバネ機構
２辷加わり変位すると、ロボットの見掛は上のスティフ
ネスには、の値に自律的に変化する。

以上の様な方法で、式（２）に示したロボットのスティ
フネスにの制御が実現出来ることになる。

次に拘束面１１Ｊに与える接触力Ｆｒを制御する方法に
ついて説明する。

接触力Ｆｒは、第２図に示した様にロボット１先端に搭
載したバネ機構２のたわみＸｃで制御する。

これは、第５図に示す様に、バネ機構（力センサ）の変
位信号に不感帯を設けることにより実現できる。この場
合、不感帯幅が接触力になり、そして直線の傾きはαと
なる。

以上の様な自律的変化を利用して、第２図の如く、対象
物ＢＪが指令変位ＸＯとずれていても、ロボッ）１は対
象物ＢＪ、に接触した時点で停止し、設定した接触力で
対象物ＢＪへ作業を行なうことができ、位置制御による
誤差を補正できる。更に、次のようなことも可能となる
。これを第６図により説明する。第６図（Ａ）はロボッ
ト１によって物体ＢＪ１の外周に沿ってなられせていく
例を示し、予じ、め物体ＢＪＩの内部の指令軌跡ＣＭを
与えてお（たけて、ロボット１は接触力を利用して物体
ＢＪＩの外周に沿ってならうことができ、ラフな指令軌
跡を与えるだけで、物体ＢＪＩの外周形状の測定や外周
に対する作業を行なうことができる。

また、第６図（Ｂ）は目標対象物ＢＪ２とロボット１と
の間に障害物ＯＢが存在する場合であり、ロボットｌは
障害物ＯＢに接触すると、それを避けるように経路を自
律的に変え目標対象物ＢＪ２に到達できる。

このように、ロボット１に目の代りをするセンサーを付
与することができ、簡単な操作で高度の作業を可能とす
る。

次に、本発明を実現する具体例について説明する。

第７図は本発明が適用されるロボットの一実施例構成図
であり、図中、第２図と同一のものは同−の記号で示し
てあり、ｌＯはベースであり、ロボット１本体のベース
を構成するもの、１１は送りネジであり、Ｘ軸方向の駆
動軸を構成し、後述するアーム支持部をＸ軸方向に駆動
するためのもの、１２．１３はガイド棒であり、アーム
支持部をＸ軸方向ヘガイドするもの、１４はＸ軸モータ
であり、ロボット１をＸ軸方向に駆動するため送りネジ
１１を回転させブロックをＸ軸方向に駆動するもの、１
５はアーム支持部であり、Ｘ軸モータ１４によってＸ軸
方向に駆動され、後述するアームを支持駆動するもの、
１６は２軸モータであり、アーム支持部１５によって支
持されるアームをＺ軸方向に駆動するもの、１７はアー
ムであり、アーム支持部１５により支持され、Ｚ軸モー
タ１６によってＺ軸方向に駆動されるとともに図示しな
い内蔵するＹ軸モータによってＹ軸方向に駆動されるも
の、５は力センサと一体化されたバネ機構であり、アー
ム１７の先端に設けられ、第８図ン、・１　　　　　　にて後述するもの、４はハンドであり、
バネ機構５の先端に設けられ、物品の把持を行なうもの
である。

第７図実施例では、Ｘ、Ｙ、２３軸の直交座標型ロボッ
トを示しており、ハンド４によって物品を把持し、磁気
ディスクの組立て等の組立て作業を行なうものである。

第８図は第７図構成におけるバネ機構の詳細構成図であ
り、５１はＸ方向平行バネであり、５２はＹ方向平行バ
ネであり、バネ機構５は互いに直交するＸ方向、Ｙ方向
に変位可能な２組の平行板バネ５１．５２によって構成
されている。従って、バネ機構５の上部でＸ方向平行バ
ネ５１によりＸ方向に変位可能で、下部でＹ方向平行バ
ネ５２によりＹ方向に変位可能である。５３は十字バネ
であり、係る平行板バネ群５１．５２の上部に設けられ
た十字形の板バネから成り、ハンドルと接続のための連
結棒５４は十字バネ５３の作用により、平行バネ群の垂
直方向軸（２軸）に対し全方向に傾斜可能でありかつＺ
軸方向（垂直方向）にも変位可能である。５５ａ、５５
ｂ、５５ｃ、５５ｄは各々歪ゲージ（検出器）であり、
十字バネ５３の各月に設けられ、各月のモーメントｙＩ
ａｓ　Ｍｂｓ　ＭＣ％Ｍｄを検出するものであり、歪ゲ
ージ５５ａはモーメン）Ｍａを検出するもの、歪ゲージ
５５ｂはモーメンＩ−Ｍｂを検出するもの、歪ゲージ５
５ｃはモーメントＭｃを検出するもの、歪ゲージ５５ｄ
はモーメント間を検出するものである。５５ａ、５６ｂ
は各々歪ゲージであり、各々Ｘ方向平行バネ５１、Ｙ方
向平行バネ５２の壁面に設けられ、平行バネに付与され
るモーメントＭｅｓ　Ｍｆを検出するためのものである
。尚、周知の如く、各歪ゲージは４つの抵抗群がブリッ
ジ回路を構成する様に接続されて構成されており、入力
電圧に対する出力電圧の変化によってモーメントを検出
するものである。

尚、これら各歪ゲージ５５ａ　〜５５ｄ、５６ａ〜５６
ｂの出力Ｍａ〜肘からハンド４の先端に加わる各軸ｘ、
ｙ、ｚ方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、　Ｆｚ及びＸ、Ｙ方向のモ
ーメン）Ｍｘ、Ｍｙは次の様にして求める。

ＦＩａ＝ａＦｚ　＋Ｍｙ　　　　　　　　　　　　　　
（１７）Ｍｂ＝ａＦｚ　＋Ｍｘ　　　　　　　　　　　
　　　（１Ｂ）Ｍｃ＝ａＦｚ　−Ｍｙ　　　　　　　　
　　　　　　（１９）Ｍｄ＝ａＦｚ　　−Ｍｘ　　　　
　　　　　　　　　　　　　（２０）Ｍｅ＝ｎＦｘ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２１）Ｍｆ　
＝ｍＦｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２２
）但し、ａは十字バネ５３の中心と各歪ゲージ５５　ａ
〜５５　ｂとの距１ｉ１１１（第８図参照）、ｍＳｎは
各平行板バネ５１．５２の中心と各歪ゲージ５６ａ、５
６ｂとの距１ｉ１ｉ（第８図参照）である。

上述のく１７）〜（２２）式より各力ベクトルの各成分
Ｆｘ〜Ｆｚｓ　ＭＸＳＭｙは、Ｆｘ＝Ｍｅ／ｎ　　　　　　　　　　　　　　　（２３
）Ｆｙ−Ｍｆ／ｍ　　　　　　　　　　　　　　　（２
４）Ｆｚ＝　（Ｍａ＋Ｍｂ＋Ｍｃ＋Ｍｄ）　／４ａ　　
　　　　（２５）Ｍｘ＝　（Ｍｂ−Ｍｄ）　／２　　　
　　　　　　　　（２６）Ｍｙ＝　（Ｍａ−Ｍｃ）　／
２　　　　　　　　　　　（２７）となる。

第９図は本発明の一実施例ブロック図であり、図中、第
７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、２０は位置制御部であり、マイクロプロセッサで構
成され、゛内蔵するメモリに格納された軌跡指令を読出
し、指令変位又は速度に応じた周波数の位置指令パルス
ｐｐを出力するもの、３０はセンサ信号処理回路であり
、位置制御部（以下プロセッサと称す）２０からの不感
帯幅指令Ｆｒ、ゲインα及び力センサ（バネ機構）５か
らの検出モーメントＭａ−肘を受け、力指令の周波数の
指令パルスｃｐを出力するものであり、第１０図にて後
述するもの、４０ａ、４０ｂはＮＡＮＩＩゲートであり
、各々プロセッサ２０、処理回路３０からの指令パルス
ＰＰ、　ＣＰを反転して出力するものであり、ＮＡＮＤ
ゲート４０ａはアンプ（ＵＰ）方向用、ＮＡＮＤゲート
４０ｂはダウン（ＤＯＷＮ）方向用のものである。６０
は各軸のサーボ回路であり、入力されたパルス数分の移
動を入力パルス周波数の速度で行なうよう各軸モータを
駆動するものであり、アップダウンカウンタとサーボア
ンプで構成される周知のものである。尚、図ではロボッ
トの１軸分しか示してＧζないが、３軸であれば、ＮＡ
ＮＯゲート４０ａ、４０ｂとサーボ回路６０のセットが
更に２軸分設けられている。

第１０図は第９図構成の処理回路３０の詳細回路図であ
り、図中、第９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、３１はカフィードバック部であり、力
センサ５からの検出モーメントＭａ＝Ｍｆとプロセッサ
２０からのゲインαとによってカフィードバック値をえ
るものであり、プロセッサ２０からのゲインαをアナロ
グに交換するＤＡ　（デジタル・アナログ）コンバータ
３１０と、ＤＡコンバータ３１０の出力を反転する反転
アンプ３１１と、反転アンプ３１１のゲインαと後述す
る力成分検出回路の力出力Ｆｘとを乗算する乗算器３１
２と、力センサ５の検出モーメントＭａ”Ｍｆから各軸
の力成分を検出する力成分検出回路３１３（第１１図に
て詳述）とから成っている。３２は不感帯（接触力）発
生部であり、プロセッサ２０からの不感帯値をアナログ
に交換して指令するものであり、プロセッサ２０より設
定される不感帯幅指令Ｆｒをアナログに交換する口＾コ
ンバータ３２０と、ＯＡコンバータ３２０の出力を反転
する反転アンプ３２１と、反転アンプ３２１の出力を反
転する反転アンプ３２２とを有するものである、３′３
は力指令パルス発生部であり、不感帯発生部３２からの
不感帯幅に従ってカフィードバック部３１からのカフィ
ードバック出力に応じたパルスの力指令パルスを発生す
るものであり、反転アンプ３２２の不感帯幅と乗算器３
１２からのカフィードバック出力とを加算する加算アン
プ３３０と、反転アンプ３２１の不感帯幅と乗算器３１
２からのカフィードバック出力とを加算する加算アンプ
３３２と、加算アンプ３３０の出力が正の時だけ、その
出力に応じた周波数のパルスを出力するＶ／Ｆ（電圧／
周波数）コンバータ３３１唐、加算アンプ３３２の出力
が負の時だけ、その出力に応じた周波数のパルスを出力
するＶ／Ｆコンバータ３３３とを有するものである。

第１１図は第１０図構成における力成分検出部３１３の
詳細構成図であり、前述の第（２３）式から第（２５）
式の演算式に従って各モーメントＭａ〜？Ｉｆから力成
分ＦＸＳＦ）１％　ＦＺを得るためアンプによって構成
したものである。ＧＡＩ〜ＧＡ６は各々ゲイン調整アン
プであり、各々各モーメントＭａ＝Ｍｆのゲイン調整を
行うもの、０ＰＡＩ〜０ＰＡ６は各々演算アンプであり
、演算アンプ０ＰＡＩ〜０ＰＡ４は各モーメントＭａｘ
Ｍｄを１／４ａするもの、演算アンプ０ＰＡ５はモーメ
ントＭｅを１　／　ｒ、するもの、演算アンプ０ＰＡ６
はモーメントＭｆを１　／　ｍするものである。ＡＰＡ
は加算アンプであり、各演算アンプ０ＰＡＩ〜０ＰＡ４
の出力を加算して力成分Ｆｚを出力するものである。従
って、加算アンプＡＰＡ及び演算アンプ０ＰＡＩ〜０Ｐ
Ａ４とによって第（２５）式が実行され、加算アンプＡ
ＰＡよりＺ軸力成分Ｆｚが得られ、演算アンプ０ＰＡ５
によって第（２３）式が実行され、Ｘ軸力成分Ｆｘが得
られ、演算アンプ０ＰＡ６によって第（２４）式が実行
され、Ｙ軸力成分ｐｙが得られる。

次に、第７図乃至第１１図実施例構成の動作について説
明する。

プロセッサ２０は変位指令Ｐとして歩進パルスの形で与
え、指令Ｐに相当する信号をパルス数で与える。即ち、
プロセッサ２０は内蔵する自己のメモリに格納された軌
跡指令に基いた変位又は速度指令に対応する周波数の指
令パルスｐｐを出力する、これは正方向ならＵＰ１負方
向ならＤＯＷＮのパルスを出力し、これはＮＡＮＤゲー
ト４０　ａ、　４０　ｂを介しサーボ回路６０へ与えら
れる。サーボ回路６０は周知の如く入力パルスをアップ
又はダウンカウントするアップダウンカウンタと、この
出力をアナログに変換するＤ／Ａコンバータと、電流指
令を作成するサーボアンプとからなり、モータの位置フ
ィードバックパルスはアップダウンカウンタで加減算さ
れて位置フィードバックを得、モータの電流はサーボア
ンプで電流フィードバックが取られる。従って、サーボ
回路６０は対応する動作軸のモータを制御し、ロボット
のアーム１７をｘ、ｙ、ｚ方向に駆動し、ハンド４を指
令軌跡に沿って移動せしめる。

一方、ロボット１のバネ機構５が拘束力を受けると、バ
ネ機構５がたわみ、その力センサより検出モニメントＭ
ａ−Ｍｆが出力される。検出モーメン、、　　　　　　
　トＭａ”Ｍｆは力成分検出回路３１３で各軸の力成分
゛１′　　　　　　　が検出され、例えばそのＸ軸成分
Ｆｘは乗算器３１２に入力される。プロセッサ２０は作
業の開始に当って予じめ、不感帯幅Ｆｒ、ゲインαを出
力しているので、乗算器３１２からはＦｘ・　（−α）
のカフィードバック値が出力される。この出力は拘束力
を解除する方向にロボットを駆動するものである。

この乗算器３１２の出力は、各加算アンプ３３０．３３
２に出力され、加算アンプ３３０では、不感帯発生部３
２の反転アンプ３２２の出力が差引かれ、加算アンプ３
３２では不感帯アンプ３２１の出力が差引かれる。各加
算アンプ３３０．３３２の出力はＶ／Ｆ：２７バータ３
３１．３３３へ入力し、Ｖ／Ｆコンバータ３３１は加算
アンプ３３０の出力が正の時にその値に応じた周波数の
りＰ方向の力指令パルスＣＰを、Ｖ／Ｆコンバータ３３
３は加算アンプ３３２の出力が負の時にその値に応じた
周波数のｆ）ＯＷＮ方向の指令パルスＣＰを出力する。

即ち、拘束力が進行（ＵＰ）方向と逆（負）方向に付与
された時には、カフィードバック値は負となり、不感帯
分差引かれた値の力指令パルスがＶ／Ｆコンバータ３３
３より出力されることになる。

そしてＶ／Ｆコンバータ３３１．３３３の出力である力
指令パルスはＮＡＮＯゲート４０ａ、４０ｂでプロセッ
サ２０からの位置パルスＰＰに加えられてサーボ回路６
０に入力する。この時、第（１４）式で説明した如くゲ
インαは大にとっているから、カフィードバック値は大
となり、あたかもプロセッサ２０による位置制御を上回
り、力制御が行なわれることになる。

また、不感帯の設定によって第５図で示した如く、バネ
機構５が±Ｘｃまでたわまないと力指令パルスが発生し
ないので、即ち力制御されず、位置制御されるので、こ
の不感帯が接触力となって拘束面に付与される。

この不感帯値、接触力はプロセッサ２０によって可変に
できるので、作業の内容や対象物へ付与すべき力に応じ
て変更することができる０例えば、ハンド４が物品を搬
送中は小さくし、対象物と物品を係合して組立てる際は
それに応じた接触力として変化することができる。プロ
セッサ２０はロボットの位置を監視し、位置制御を行っ
ているので、予じめ位置に応じた不感帯値を教示してお
けば、容易に実行することができる。同様にして、ゲイ
ンαもプロセッサ２０によって可変にできるから、物品
搬送中はαを小さくして、拘束力に対し柔かくしておき
、組立て中にはその接触力に応じである程度剛性を持た
せるようにαを大としておくこともできる。

前述の説明では、−軸分について説明したが他の軸につ
いても同様であり、ある軸のゲインαを零としておけば
、その軸については全（力制御が行なわれない様に制御
することも出来、即ち、その軸は剛性を有し、他の軸は
柔軟性を有するというような制御を行うこともできる。

上述の説明では、３軸のロボットについて説明したが、
これに限られず何軸であってもよい。

以上本発明を一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。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、ロボットの移動指
令値に応じて該ロボットを移動制御する制御手段と、該
ロボットの作用点に設けられ、該ロボットに付与される
外力によるたわみを検出するバネ機構と、該バネ機構の
検出出力に所定のゲインを乗じてたわみ量をフィードバ
ック値とするたわみフィードバック手段とを有し、該制
御手段が該移動指令値と該たわみフィードバック値とに
応じて該ロボットを移動制御することを特徴としている
ので、拘束力を受けない間は、ロボットの見かけ上のス
ティフネスがバネ機構のスティフネス自体となり、剛性
のある位置制御を行なうことができ、拘束力を受けると
見かけ上のスティフネスが変化して柔軟性のある外力適
応制御を行うことができ、拘束力の有無を判断して自律
的な適応動作を行うロボットを実現できるという効果を
奏し、位置制御と力制御との切り換えが自律的に極めて
円滑に行なわれる。また、従来の位置制御系の変更を必
要とせず、たわみフィードバック機構及び回路を加える
だけで力制御も行なうことができるので、安価にしかも
安定な動作が実現できるという効果も奏する。更にロボ
ット自体がスティフネスを自律的に変更するので、人間
の手首に近似した動作が実現できるという効果も奏し、
ロボットに高度の機能を容易に付加でき、ロボットの適
用範囲を拡大するのに寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御ブロック図、第２図は本発明
の原理説明のためのモデル図、第３図は第２図のバネ機
構の特性図、第４図は本発明の原理説明のための直流モ
ータの制御ブロック図、第５図は本発明による接触力付
与の説明図、第６図は本発明の詳細な説明する説明図、
第７図は本発明が適用されるロボットの一実施例構成図
、第８図は第７図構成のバネ機構の詳細構成図、第９図
は本発明の一実施例ブロフク図、第１０図は第９図構成
のセンサ信号処理回路の詳細回路図、第１１図は第１０
図構成の力成分検出回路の詳細回路図である。図中、１−・ロボット、２．５・−・バネ機構、４・−
・ハンド、２０・−・位置制御部、３０−・・センサ信
号処理回路（カフィードバック手段）、６０−・サーボ
回路（制御手段）、３１−・カフィードバック部、３３
・−・力指令パルス発生部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロボットの移動指令値に応じて該ロボットを移動
制御する制御手段と、該ロボットの作用点に設けられ、
該ロボットに付与される外力によるたわみを検出するバ
ネ機構と、該バネ機構の検出出力に所定のゲインを乗じ
てたわみ（変位）フィードバック値とするたわみ（変位
）フィードバック手段とを有し、該制御手段が該移動指
令値と該たわみフィードバック値との和に応じて該ロボ
ットを移動制御することを特徴とするロボットの制御方
式。
（２）前記所定のゲインを大としたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のロボットの制御方式。
（３）前記所定のゲインを正負可変できることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載のロ
ボットの制御方式。
（４）前記バネ機構は、前記外力によるたわみ検出に対
して不感帯を有し、該不感帯幅によって力制御を行なう
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２
）項又は第（３）項記載のロボットの制御方式。
（５）前記不感帯幅のたわみによって接触力を得ること
を特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載のロボット
の制御方式。