JPS62125410A

JPS62125410A - ロボツトの制御方式

Info

Publication number: JPS62125410A
Application number: JP26371885A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Kawasaki; 晴久川崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1987-06-06

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、作業対象物からの反力に応じてロボットの動
作を滑らかに行なわせろロボットの制御方式に関するも
のである。

〈従来の技術とその問題点〉ロボット各種装置類の点検を行なオつせようとした場合
、装置に装着された押しボタンスイッチのオン・オフ作
業、コネクタピンの挿入作業、ロータリスイッチの回転
作業等のロボットによる操作が必要である。ここで、ピ
ンの挿入作業を例に従来技術を説明する。従来は、作業
対宝物であるピン穴位置や挿入量をロボットの動作軸毎
に教示し、この教示したデータを再生して位置指令とし
て与え、この位置指令と動作軸毎の位置検出信号との差
をフィードバック制御することにより指令どおりの操作
を行なう方法がとられている。ここでピンを穴に挿入す
るにあたっては、橿めて正確な位置精度が要求されるた
め、ロボットの手首にＲＣＣ（遠隔中心コンプライアン
ス）機能を装着している。このＲＣＣはコンプライアン
ス（剛性の逆数）に選択性をもたせたもので、例えばピ
ン穴軸方向のコンプラ、イアンスを低くピン室軸に対し
て直角方向（水平方向）のコンプライアンスを高くして
高精度なピン挿入を支障なく行なおうとするもので、バ
ネ機構により位置誤差を吸収する構成となっている。第
４図はＲＣＣ機構の説明図を示す。第４図において、１
は手首に固定される手首側プレート、３．４はバネ材、
２はバネ材３．４を連結するプレート、５は先端にハン
ドが付くハンド側プレート、６はバネ材４の軸交点であ
るコンプライアンスセンタである。この軸交点６に力あ
るいはトルクを加えるとそれらと同方向の変位あるいは
回転のみを生ずるので軸交点６が挿入されろピンの先端
面上にくるように調節しておくと、ピンと穴の面取り部
との接触によってピンが移動し、滑らかな挿入が可能と
なる。しかし、ＲＣＣ機構は重力方向以外の軸方向に作
業する場合、ハンドの自重によりバネ材３．４が大きく
たわみ、点６が穴の中心から大きくずれるため、はめ合
い作業は極めて困難であった。また、重力方向の作業で
あっても、はめ合い時の位置誤差をバネ力で吸収するた
め、位置誤差に比例して反力が大きくなる欠点があった
。

このような問題を解決するため、ハンドに加えられる力
またはモーメントもしくはその両者を検出する力検出手
段をロボットの手首に装着し、この力検出手段の出力信
号である力検出信号を作業座標系に変換し、作業座標で
与える力指令信号との差を求め、この差の信号をロボッ
ト座標系に変換した力誤差イ：号を零とするようにフィ
ードバック制御する方式がある。この方式を息下第５．
６図で具体的に説明する。第５図は、ロボットの外形図
である。このロボットは上下アーム７、水平アーム８、
旋回アーム９、回転手首１０、力検出手段１１、ハンド
１２から構成されろ。

そして、このロボットにより第６図に示すピンの挿入作
業を行なわせる。第６図にて、作業対象物であるプレー
ト１３にはピン穴１４があり、ピンの挿入軸をＺ軸とす
る作業座標系が設定しである。１５はピンでありハンド
１２で把持されている。ピン１５の挿入にはピン挿入の
直前点１６までロボッＩ・ハンドを移動し位置決めを行
なう、次にＸ軸、Ｙ軸方向は反力が零となるように力制
御し、Ｚ軸方向は所定の量だけ押入をし位置制御する。

この場合、ロボットハンドを一度停止させてから挿入す
ることになるため、動作が連続的に滑らかでなくかつ遅
くなる。また、作業座標系の２軸とロボット座標系の水
平軸（Ｘ軸、Ｙ軸）とがプレート１３もしくはロボット
の設置誤差により一致せず角度があるときに挿入可能な
量は減小するにもかかわらずＺ軸方向にて位置制御を行
なうため、過大な押付力が発生し、プレート１３やピン
１５を破損していた。また、挿入量の教示が正確でない
と、押入しすぎのためにプレート１３に過大な力を与え
たろするため、プレート１３とロボットの位置関係、お
よび挿入量を正確に教示する必要があった。このことは
ピンの挿入作業に限らず押しボタン１７等のオン・オフ
作業にもあてはまる。特に押しボタンの挿入の場合、押
入量のバラツキが大きいため、個別に計測する必要があ
ったため、教示のときの労は大きかった。

そこで、本発明は上述の欠点に鑑み、ロボットによるピ
ン挿入作業や押しボタン操作などの作業を円滑に行なう
と共に、作業対象物に過大な押付力が作用しないように
し、しかも高度に正確な教示を必要としないロボットの
制御方式の提供を目的とする。

く問題点を解決するための手段〉上述の目的を達成する本発明は、ロボットのハンドに作
用する力またはモーメントもしくはその両者を検出する
力検出手段と、ロボットの各動作軸の位置を検出する位
置検出手段と、力またはモーメントもしくはその両者の
指令となる作業座標系で表わした力指令信号を送出する
力指令手段と、力検出手段の出力信号であろ力検出信号
を作業座標系に変換する第１演算手段と、上記力指令信
号と第１演算手段の出力信号との差をロボット座標系に
変換して得る力誤差信号を演算する第２演算手段と、作
業座標系で与える位置または姿勢もしくはその両者の指
令となる位置指令信号を送出する位置指令手段と、その
位置指令信号をロボット座標系に変換した信号と位置検
出手段の出力信号である位置検出信号との差として得る
位置誤差信号を演算する第３演算手段と、位置誤差信号
に位置フィードバックゲインを乗算し力誤差信号にカフ
ィードバックゲインを乗算しそれらを加算する第４演算
手段とを備え、第４演算手段の出力信号によって力指令
信号と位置指令信号を定めることを特徴とし、力検出信
号を作業座標系に変換し、この作業座標系で見て過大な
力が生じている力成分が存在し、かつその力が発生して
いる方向の制御モードが位置制御のときには、力制御モ
ードに切り変えることを力指令信号と位置指令信号とを
操作することによって行い、かつ力指令信号のレベルを
段階的に行なうこととした。

く実　施　例〉ここで、第１図ないし第３図を参照して本発明の詳細な
説明する第１図は一例のロボットシステムの構成図であ
る。この第１図において、第５図と同一部分には同符号
を付す。

なお、第１図で１８は制御装置、１９はパワーアンプで
あり、また上下アーム７、水平アーム８、旋回アーム９
、回転手首１０はそれぞれＤＣサーボモータを駆動源と
する。また、ＤＣサーボモータにはパルスエンコーダを
装着し、これをロボット座標系の位置検出手段としてい
る。さて、第２図にも示す力検出手段１１の出力信号Ｆ
８と位置検出手段の出力信号θは制御装置１８に入力さ
れ、所定の計算結果をパワーアンプ１９に入力し、この
パワーアンプの出力がＤＣサーボモータに印加される。

ここで、制御装置１８の構成を第２図に示す。第２図に
おいて、２０はマイクロプロセッサ、２１はＲＯＭ、Ｒ
ＡＭからなるメモリ、２２はタイマー、２３は高速演算
部、２４は外部指令を受けとるインターフェイス回路、
２５はＤ／Ａコンバータ、２６（よ位置カウンタ、２７
は速度演算部、２８ばＡ／Ｄコンバータであり、制御装
置１８はこの手段２０〜２８によって構成される。しか
も、この制御装置１８ては、第３図の制御ブロック図に
示すように、パルスエンコーダ（ＰＥ）信号から位置カ
ウンタ２６によってロボット座標系で表示した位＠♂−
（θ１．θ２．θ３．θ　、　Ｔと速度演算部２７てφ
を求める。作業に応じて位置・力指令手段３３から、作
業座標で表示した力指令信号ｙ　と位置指令信号Ｐｄが
送出されると、力検出手段１１の出力信号Ｆ、を第１の
演算手段２９によって作業座標系に変換しＦ＝　（Ｆｘ
、Ｆｙ’、Ｆｚ）Ｔを得、Ｆ　ｄとｒの差であろＦｄ−
Ｆを第２の演算手段３０によって冒ボッ゛ト座標系に変
換し、力誤差信号ΔＦを計算する。また第３の７ｒＪ、
算手段３１によってＰｄをロボット座標系に変換した信
号とＪとも差である位置誤差信号Δりを得、第４の演算
手段３２によってモータ入力ＵをＵ　＝−にδ　ｅ＋に
θ　Δｆｌ）＋Ｋ・ΔＦとして計算する。ここでにθ　
、　Ｋ４　、　Ｋ−よそれぞれ位置、速度、力のフィー
ドバックゲイン行列である。さらに、位置・力指令手段
３３はＦの値によってＦｄ、Ｐｄを修正する構成となっ
ている。なお、演算手段２９〜３２は具体的には第２図
に示す高速演算部２３を意味し、位置・力指令手段３３
ははマイクロプロセッサ２０を意味する。第６図に示し
たピンの挿入作業の場合、ピン挿入の作業指令がインク
フェイス回路２４を介してマイクロプロセッサ２０に与
えられる。マイクロプロセッサ２０ではＦｄ＝　（０，
Ｏ，Ｆ２）Ｔの力指の位置指令を送出する。ここで、ｊ
を作業座標系に変換したものをＰとするとＦ＝　（Ｐｘ
。

Ｐｙ、Ｐｚ）”であり、ｚ、、ｚ２はそれぞれ初期位置
、最終位置のＺ軸座標値、Ｔは動作実行完了時間、ｔは
現在の時刻である。時刻ｔはタイマ２２から求められる
。これら指令が与えられると、ｘｙ平面の動きＩ！　　
目標とする力が零の力制御モードとなり、Ｚ軸方向の動
きは位置制御モードとなる。ピンが穴に接触するまでは
、ハンドに外力が作用しないため、ハンドはＺ軸方向に
直進する、ピンが穴に接触した時点から、多少の位置誤
差があったとしてもピンと穴の面取り部の接触によって
穴中心方向に力がハンドに作用するためこの力を零とす
るように上下アーム　（θ１）と旋回アーム（θ３）が
動く。Ｚ軸方向は水平アーム（θ２）５の動作方向と一
致するため水平アームによって位置制御される。ここで
、Ｚ軸と水平アームの動作方向とがロボットやプレート
の設置誤差により一致しないときには、ピンの完全な挿
入は困難であり、ピンの挿入とともに位置制御されろＺ
軸の反力Ｆ　は増大する。本装置ではｌＦ２１＞Ｆｏの
ときに、位置制御モードであるＺ軸を曾を目標とする力
制御モードに切り換えている。すなわちマイクロプロセ
ッサ２０ではＦｄ＝　（ｏ、ｏ、ｒｒ）”の力指令とＰ
　ｄ＝ＩＰの位置指令を送出する。

これによってｘｙ平面の動きは力が零の力制御をなりＺ
軸方向はｐの力制御となり、このｐを適当に設定するこ
とによって自動的に制御モードを切り換えるため、挿入
直前に一度ロボットを停止させる必要はなく滑らかに挿
入動作ができろ。

第６図に示す押しボタンスイッチのオン・オフ操作の場
合、マイクロプロセッサ２０ては１Ｆｄ＝Ｆの力指令との位置指令を送出する。ここでＸ８．ＹＩ、＋よ押しボ
タンのＸ、Ｙ座標値であり、ｚ、、、　ｚ、２はそれぞ
れ初期位置、最終位置の２座標値である。これら指令が
与えられるとロボットは位置制御モードで動作する。押
しボタンに接触した時点からはＦｘ、Ｆｙは零であるが
Ｚ軸方向の反力Ｆｚは増大する。本装置による他の実施
例では、１Ｆｚｌ＞ｆｏのときにマイクロプロセッサ２
０からの力指令と、Ｐｄ−（Ｘ、、　ＹＢ、　Ｐｘ）の位置指
令を送出する。但し、ｔ≧ＴではＦｄ−（Ｆｘ。

ＦｙｐＦＶてある。すなわち、Ｘ、Ｙ平面の運動は位置
制御である、Ｚ軸方向の運動は時刻とともに目標とする
力を増加し、最終的にｐを目標とする力制御となる。こ
のような構成になっているため、過大な装置に与えるこ
とはなく、押しボタンスイッチのオン・オフが実現でき
る。また、最終位置Ｚ６２を深めに設定する、ことによ
って、個々の押しボタンスイッチの押入量のバラツキや
位置の教示誤差が吸収できる。

〈発明の効果〉思上説明したように本発明によれば、作業座標系で表わ
れた反力に応じて位置指令信号と力指令信号を定めるよ
うにしているため、作業対生物に過大な力を作用するこ
とがなくピンの挿入や押しボタンスイッチのオン・オフ
操作などが滑らかに実行でき、かつ挿入量、押入量を厳
密に教示する必要もないので教示データの作成がきわめ
て容易となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成図、第２図は本発明
装置のうち制御装置の構成図、第３図は本発明の特徴と
最も良く表わしている制御ブロック図、第４図はＲＣＣ
機構の説明図、第５図は点検ロボットの構成図、第６図
はロボットの作業説明図である。図中、１　・手首側プレート、２・・バネ材を連結する
プレート、３，４−　バネ材、５・・ハンド側フレー）
−１６・−コンプレイアンセンタ、７　・上下アーム、
８　・水平アーム、９・・旋回アーム、１０　回転手首
、］１・力検出手段、１２・ハンド、１３・・プレート
、１４・・ピン挿入の直前点、１７・・・押しボタンス
イッチ、１８　・制御装置、１９・・パワーアンプ、２
０・・マイクロプロセッサ、２１・・メモリ、２２−タ
イマー、２３・・高速演算部、２４・　インクフェイス
回路、２５・・Ｄ／Ａコニ、７　バー　り、２６・・位
置カウンタ、２７・・速度演算部、２８・・Ａ／Ｄコン
バータ、２９・・第１の演算手段、３０　第２の演算手
段、３１　第３の演算手段、３２・・第４の演算手段、
３３・・・位置・力指令手段である。第１図第２図第３図スス第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

ロボットのハンドに作用する力またはモーメントもしく
はその両者を検出する力検出手段と、ロボットの各動作
軸の位置を検出する位置検出手段と、力またはモーメン
トもしくはその両者の指令となる作業座標系で表わした
力指令信号を送出する力指令手段と、力検出手段の出力
信号である力検出信号を作業座標系に変換する第１演算
手段と、上記力指令信号と第１演算手段の出力信号との
差をロボット座標系に変換して得る力誤差信号を演算す
る第２演算手段と、作業座標系で与える位置または姿勢
もしくはその両者の指令となる位置指令信号を送出する
位置指令手段と、その位置指令信号をロボット座標系に
変換した信号と位置検出手段の出力信号である位置検出
信号との差として得る位置誤差信号を演算する第３演算
手段と、位置誤差信号に位置フィードバックゲインを乗
算し力誤差信号に力フィードバックゲインを乗算しそれ
らを加算する第４演算手段とを備え、第４演算手段の出
力信号によって力指令信号と位置指令信号を定めること
を特徴とするロボットの制御方式。