JPS6240508A - マニピユレ−タの力と位置の混成制御方法 - Google Patents
マニピユレ−タの力と位置の混成制御方法Info
- Publication number
- JPS6240508A JPS6240508A JP18028685A JP18028685A JPS6240508A JP S6240508 A JPS6240508 A JP S6240508A JP 18028685 A JP18028685 A JP 18028685A JP 18028685 A JP18028685 A JP 18028685A JP S6240508 A JPS6240508 A JP S6240508A
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- JP
- Japan
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- force
- control
- joint
- manipulator
- hand
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)発明の目的
[産業上の利用分野]
この発明はマニピュレータの力と位置の混成制御方法に
関するものである。
関するものである。
人間の手作業代行のため、多自由度のリンクからなるマ
ニピュレータが開発され、人間の行うたくみな動作を実
現するため、位置制御、力制御など、対象とする作業に
応じて適当な方式がとられている。ところで、人間の行
う作業の多くは、作業を行う空間に設定される作業座標
系の各軸ごとに異なるL(I ’tE方式をとることを
要求されることが 。
ニピュレータが開発され、人間の行うたくみな動作を実
現するため、位置制御、力制御など、対象とする作業に
応じて適当な方式がとられている。ところで、人間の行
う作業の多くは、作業を行う空間に設定される作業座標
系の各軸ごとに異なるL(I ’tE方式をとることを
要求されることが 。
多い。また、その各軸の制御方式は、ある作業では力制
御、ある作業では位置制御というように、両制御方式を
切り換えて用いることが求められる。
御、ある作業では位置制御というように、両制御方式を
切り換えて用いることが求められる。
例えば、文字を書く動作では、紙面に垂直な方向の動作
については筆圧に相当する力制御、紙面に平行な2自由
度の動作については筆の運びに相当する位置#Jflが
適している。また、マニピュレータがドアのノブを回す
動作を考えると、ノブを破壊しないようにするために、
ノブの回転軸に垂直な方向に対しては一定の大きさ以上
の力が加わらないような力制御が必要であり、かつ、軸
まわりの運動にはノブを規定ω回転させるための回転位
置制御が必要になる。
については筆圧に相当する力制御、紙面に平行な2自由
度の動作については筆の運びに相当する位置#Jflが
適している。また、マニピュレータがドアのノブを回す
動作を考えると、ノブを破壊しないようにするために、
ノブの回転軸に垂直な方向に対しては一定の大きさ以上
の力が加わらないような力制御が必要であり、かつ、軸
まわりの運動にはノブを規定ω回転させるための回転位
置制御が必要になる。
多自由度のマニピュレータでこれを実現するには、一般
にマニピュレータの各関節の自由度が各々独立に作業座
標系の自由度に対応していないため、マニピュレータの
各I[1節の動作の制御には、力と位置を同時に制御す
る混成制御が必要になっている。
にマニピュレータの各関節の自由度が各々独立に作業座
標系の自由度に対応していないため、マニピュレータの
各I[1節の動作の制御には、力と位置を同時に制御す
る混成制御が必要になっている。
[従来の技術]
従来の位置と力を併用する制御では第8図に示すように
、位置・角度センサと力・トルクセンサを設け、場合に
応じてセンサを切換えて、力・トルクサーボ系、位置・
角度ターボ系を構成できるようにしている。こうした方
式は、例えば第9図に示すように制御したい力や位置の
方向が一方向であり、しかも、これを制御するモータが
一つの場合には有効である。しかし、ロボット・マニピ
ュレータの制御では、例えば、第10図に示すように物
体表面に一定の力を加えつつその表面をトレースす芯と
いうような場合に見られるように、その時の作業内容に
応じて、ハンド5の手先に設定される座標系の各軸方向
に対し、力制御、位置制御に関する個別の制御が要求さ
れる。第10図の場合では、物体100表面に垂直な方
向に対し、力制御、物体表面に平行な方向に対しては、
位置1、(tillが必要とされる。そのように力・位
置出力が発生するように、各ロボット・マニピュレータ
の関節に構成されているアクブーユエータ(モータ)を
駆動するわけであるが、この時に第8図に示すように、
各関節の制御系が構成されているだけでは目的を達成で
きない。
、位置・角度センサと力・トルクセンサを設け、場合に
応じてセンサを切換えて、力・トルクサーボ系、位置・
角度ターボ系を構成できるようにしている。こうした方
式は、例えば第9図に示すように制御したい力や位置の
方向が一方向であり、しかも、これを制御するモータが
一つの場合には有効である。しかし、ロボット・マニピ
ュレータの制御では、例えば、第10図に示すように物
体表面に一定の力を加えつつその表面をトレースす芯と
いうような場合に見られるように、その時の作業内容に
応じて、ハンド5の手先に設定される座標系の各軸方向
に対し、力制御、位置制御に関する個別の制御が要求さ
れる。第10図の場合では、物体100表面に垂直な方
向に対し、力制御、物体表面に平行な方向に対しては、
位置1、(tillが必要とされる。そのように力・位
置出力が発生するように、各ロボット・マニピュレータ
の関節に構成されているアクブーユエータ(モータ)を
駆動するわけであるが、この時に第8図に示すように、
各関節の制御系が構成されているだけでは目的を達成で
きない。
例えば、第10図においてモータ101を位置制御、モ
ータ102を力制御モードとするなど種々の制御モード
の組合せを考えても、各関節の運動が創成する手先の運
動方向は、手先の力・位置制御が要求される座標系の方
向と異なっているから、第10図に示すような手先の力
制御、位置制御は実現できない。
ータ102を力制御モードとするなど種々の制御モード
の組合せを考えても、各関節の運動が創成する手先の運
動方向は、手先の力・位置制御が要求される座標系の方
向と異なっているから、第10図に示すような手先の力
制御、位置制御は実現できない。
[発明が解決しようとする問題点]
このように、従来の位置制御、力制御を併用する考え方
は、基本的に異なる制御系を切換えて使用することによ
り行うものであるから困難が生じている。
は、基本的に異なる制御系を切換えて使用することによ
り行うものであるから困難が生じている。
この発明は、上記の如き事情に鑑みてなされたものであ
って、関節のコンプライアンスを外部信号によって可変
にする機構を導入することにより、関節に位置制御系を
構成するだけで、手先の任意の座標軸方向に対し、力制
御、位置制御を可能にするマニピュレータの制御方法を
提供することを目的とするものである。
って、関節のコンプライアンスを外部信号によって可変
にする機構を導入することにより、関節に位置制御系を
構成するだけで、手先の任意の座標軸方向に対し、力制
御、位置制御を可能にするマニピュレータの制御方法を
提供することを目的とするものである。
(ロ)発明の構成
[問題を解決するための手段]
この目的に対応して、この発明のマニピュレータの力と
位置の混成制御方法は、マニピュレータの関節を駆動す
るアクチュエータをコンプライアンスを調整可能なアク
チュエータで構成し、前記マニピュレータの関節の角目
標値をPf1位置目標値をrとするとき、前記II!節
を駆動するアクチュエータのコンプライアンスをkとし
て、Pf・k=Δrなる位置偏差を前記位置目標値rに
加えた(r+Δr)を位置目標値として前記アクチュエ
ータを位置制御することによって力制御を位2!υJ御
に置換することにより、位置制御モードだけで、位置・
力の混成制御と等価な制御を実現することを特徴として
いる。
位置の混成制御方法は、マニピュレータの関節を駆動す
るアクチュエータをコンプライアンスを調整可能なアク
チュエータで構成し、前記マニピュレータの関節の角目
標値をPf1位置目標値をrとするとき、前記II!節
を駆動するアクチュエータのコンプライアンスをkとし
て、Pf・k=Δrなる位置偏差を前記位置目標値rに
加えた(r+Δr)を位置目標値として前記アクチュエ
ータを位置制御することによって力制御を位2!υJ御
に置換することにより、位置制御モードだけで、位置・
力の混成制御と等価な制御を実現することを特徴として
いる。
以下、この発明の訂細を実施例を示す図面について説明
する。
する。
第1図に1軸のアクチュエータ系による基本原理を示す
。この第1図ではアクチュエータとしては、サーボ弁を
用いる油圧系を用いているが、電動モータを含む系でも
以下の議論は同様に成り立つ。
。この第1図ではアクチュエータとしては、サーボ弁を
用いる油圧系を用いているが、電動モータを含む系でも
以下の議論は同様に成り立つ。
第1図において、シリンダ7、位置検出器8、アンプ1
0、サーボ弁3により、位置サーボ系が構成されている
。すなわち、aより位置目標値が加えられると、それが
位置検出器8によって検出されたピストン6の動きと引
算鼎2で比較され、その差がサーボ弁3に加えられる。
0、サーボ弁3により、位置サーボ系が構成されている
。すなわち、aより位置目標値が加えられると、それが
位置検出器8によって検出されたピストン6の動きと引
算鼎2で比較され、その差がサーボ弁3に加えられる。
サーボ弁3は加えられる差信号に応じて、その内部のス
プールを動かして、それによって差信号が零になる方向
にピストンを動かす。結果的に、ピストン6はaから加
えられる位置指令に応じた母だけ動く、これは通常位置
サーボR構とよばれているが、本発明では、この機構の
ピストンの一端に図に示すように、可変コンプライアン
ス要素4を接続する。そしてこの可変コンプライアンス
要素4を介して例えばハンド5を駆動するようにする。
プールを動かして、それによって差信号が零になる方向
にピストンを動かす。結果的に、ピストン6はaから加
えられる位置指令に応じた母だけ動く、これは通常位置
サーボR構とよばれているが、本発明では、この機構の
ピストンの一端に図に示すように、可変コンプライアン
ス要素4を接続する。そしてこの可変コンプライアンス
要素4を介して例えばハンド5を駆動するようにする。
可変コンプライアンスとは、そのスチフネス(ばね定数
)kを外部からの電気信号によって変化させることので
きる要素である。
)kを外部からの電気信号によって変化させることので
きる要素である。
このように構成したシステムでは、コンプライアンスk
を適切な値に設定することによ°って、第8図のように
位置検出器、力検出器の切換えを行わなくても、任意サ
ーボ系だけで力制御モード、位置制御モードを実現でき
る。
を適切な値に設定することによ°って、第8図のように
位置検出器、力検出器の切換えを行わなくても、任意サ
ーボ系だけで力制御モード、位置制御モードを実現でき
る。
すなわち、位置制御とする場合は、可変コンプライアン
ス要素4のコンプライアンスを小、すなわちばねを固く
する。それによってaから位置目標値が加えられると、
それに応じてピストン6が動き、アクチュエータ変位P
aはrに等しくなる。
ス要素4のコンプライアンスを小、すなわちばねを固く
する。それによってaから位置目標値が加えられると、
それに応じてピストン6が動き、アクチュエータ変位P
aはrに等しくなる。
可変コンプライアンス要素4のコンプライアンスには、
小であるから、ハンド5に変位中に何か外乱が加わった
としでも、それはほとんど変形することなく、常にPa
とハンド変位Phは等しく動く、すなわち、常にP8=
Pfとなるため、結果的にハンドは位置目標値rに従っ
て正確に動くことになる。
小であるから、ハンド5に変位中に何か外乱が加わった
としでも、それはほとんど変形することなく、常にPa
とハンド変位Phは等しく動く、すなわち、常にP8=
Pfとなるため、結果的にハンドは位置目標値rに従っ
て正確に動くことになる。
一方、力制御をする場合には、ハンド5が壁9或は対象
物体のようなものに接触していて、それにある力Fを作
用させるよう要求されている場合を想定する。この時、
可変コンプライアンス要素4のコンプライアンスkをあ
る程度大なる値に設定し、ばねを柔かくする。すると、
もし、アクチュエータ変位をPaとし、可変コンプライ
アンス要素4が自然長にあって、ハンド5が壁9に接触
しているとすると、この状態から、アクチュエータ(ピ
ストン)6がΔr変位し、PaがP +Δrになると、
壁9にはハンドを介してF= (1/k)Δrなる力が
加わる。これは見方を変えて、壁9にFなる力を作用さ
せたいとした時に、アクチュエータ(ピストン)を、Δ
r=に−F変化させればよいことに相当する。
物体のようなものに接触していて、それにある力Fを作
用させるよう要求されている場合を想定する。この時、
可変コンプライアンス要素4のコンプライアンスkをあ
る程度大なる値に設定し、ばねを柔かくする。すると、
もし、アクチュエータ変位をPaとし、可変コンプライ
アンス要素4が自然長にあって、ハンド5が壁9に接触
しているとすると、この状態から、アクチュエータ(ピ
ストン)6がΔr変位し、PaがP +Δrになると、
壁9にはハンドを介してF= (1/k)Δrなる力が
加わる。これは見方を変えて、壁9にFなる力を作用さ
せたいとした時に、アクチュエータ(ピストン)を、Δ
r=に−F変化させればよいことに相当する。
従って位置サーボ系に位置目標値rを加えた時に、アク
チュエータ(ピストン)6がPaで静止しているならば
、この状態において位置サーボ系に、r+Δrを加えて
、アクチュエータ6をP8+Δr変化させれば、ハンド
5にFなる力を発生させることができる。すなわち、以
上より、位置サーボ系だけで、そのアクチュエータに接
続された可変コンプライアンス要素4のコンプライアン
スにと位置サーボ系の位置目標値を適切に設定するだけ
で、力制御、位置制御の両モードを実現することができ
る。ここでコンプライアンスにの値を力制御モードにお
いて大にとることは重要である。すなわち、kを小にと
ると希望する発生力Fに対し、Δr−に−1”の関係か
らΔrの値が小になり、位置サーボ系に高分解能な制御
が要求されることになる。また、位置制御モードではk
をできるだけ小としないと、多少の外乱がハンド5に加
わる時でも、コンプライアンス要素がたわみ、アクチュ
エータ変位とハンドの変位が一対一に対応しなくなり、
正確なハンドの位置制御が期待できない。このコンプラ
イアンス要素の実現は、ソフトウェアサーボの手法など
を適用すれば従来技術で実現できる。
チュエータ(ピストン)6がPaで静止しているならば
、この状態において位置サーボ系に、r+Δrを加えて
、アクチュエータ6をP8+Δr変化させれば、ハンド
5にFなる力を発生させることができる。すなわち、以
上より、位置サーボ系だけで、そのアクチュエータに接
続された可変コンプライアンス要素4のコンプライアン
スにと位置サーボ系の位置目標値を適切に設定するだけ
で、力制御、位置制御の両モードを実現することができ
る。ここでコンプライアンスにの値を力制御モードにお
いて大にとることは重要である。すなわち、kを小にと
ると希望する発生力Fに対し、Δr−に−1”の関係か
らΔrの値が小になり、位置サーボ系に高分解能な制御
が要求されることになる。また、位置制御モードではk
をできるだけ小としないと、多少の外乱がハンド5に加
わる時でも、コンプライアンス要素がたわみ、アクチュ
エータ変位とハンドの変位が一対一に対応しなくなり、
正確なハンドの位置制御が期待できない。このコンプラ
イアンス要素の実現は、ソフトウェアサーボの手法など
を適用すれば従来技術で実現できる。
また、第1図に示すような直動運動アクチュエータだけ
でなく、回転型アクチュエータに対しても第2図に示す
ように、可変コンプライアンス要素としてねじつばね要
素を用いかつ変位を回転変位におきかえれば上述と同様
の議論が成立する。
でなく、回転型アクチュエータに対しても第2図に示す
ように、可変コンプライアンス要素としてねじつばね要
素を用いかつ変位を回転変位におきかえれば上述と同様
の議論が成立する。
次に、こうした位置と力の制御方式を1軸ではなく、一
般的なロボット・マニピュレータに適用することを考え
る。第3図にロボット・マニピュレータの関節に第1図
に示したような可変コンプライアンス要素を含む位置サ
ーボ系を装備したシステムを示す。一般的マニピュレー
タには最小限6自由度が必要であるから、ここで説明す
るマニピュレータの関節も6個有すると仮定する。こう
した6個の関節に可変コンプライアンスと位置サーボ光
を備えたマニピュレータでは、例えばハンドの部分Pに
種々の方向にある力を加えてマニピュレータを変位させ
ようとした場合、各関部のコンプライアンスの値に応じ
て、ある柔かさを示す。
般的なロボット・マニピュレータに適用することを考え
る。第3図にロボット・マニピュレータの関節に第1図
に示したような可変コンプライアンス要素を含む位置サ
ーボ系を装備したシステムを示す。一般的マニピュレー
タには最小限6自由度が必要であるから、ここで説明す
るマニピュレータの関節も6個有すると仮定する。こう
した6個の関節に可変コンプライアンスと位置サーボ光
を備えたマニピュレータでは、例えばハンドの部分Pに
種々の方向にある力を加えてマニピュレータを変位させ
ようとした場合、各関部のコンプライアンスの値に応じ
て、ある柔かさを示す。
ずなわら、各関節ののコンプライアンスを小とすれば、
ハンド部分Pをどの方向から押しても固くてあまり動か
ない。一方、コンプライアンスを大とすれば柔かくなり
、すぐ外力に応じて動くようになる。各関節の角度をθ
1〜θ6、そのコンプライアンスをに1〜に6、マニピ
ュレータの固定台に固定された直交座標系を0、作業空
間に作業内容に応じて任意にとられた座標系を作業座標
系と名付けO′とする。また手先に固定された座標系を
Pとすると、作業座標系0′の各直交軸方向及び各軸ま
わりのスチフネス(コンプライアンスの逆数)と、各軸
間のスチフネスは次のように求められる。
ハンド部分Pをどの方向から押しても固くてあまり動か
ない。一方、コンプライアンスを大とすれば柔かくなり
、すぐ外力に応じて動くようになる。各関節の角度をθ
1〜θ6、そのコンプライアンスをに1〜に6、マニピ
ュレータの固定台に固定された直交座標系を0、作業空
間に作業内容に応じて任意にとられた座標系を作業座標
系と名付けO′とする。また手先に固定された座標系を
Pとすると、作業座標系0′の各直交軸方向及び各軸ま
わりのスチフネス(コンプライアンスの逆数)と、各軸
間のスチフネスは次のように求められる。
=Q −に−J”・R(*)
ここでQは手先座標系Pの各軸方向に作用する力及び各
軸まわりのモーメントをマニピュレータの関節トルクに
変換する6×6行列、Jはマニピュレータの関節の微小
変化を、手先の手先座標系Pにおける各軸方向及び各軸
まわりの変化に交換する6×6行列、Rは作業座標系0
′と手先座標系Pの関係を記述する6×6変換行列であ
る。Q。
軸まわりのモーメントをマニピュレータの関節トルクに
変換する6×6行列、Jはマニピュレータの関節の微小
変化を、手先の手先座標系Pにおける各軸方向及び各軸
まわりの変化に交換する6×6行列、Rは作業座標系0
′と手先座標系Pの関係を記述する6×6変換行列であ
る。Q。
Jはマニピュレータの関節角度(θ1〜θ6)を、また
Rは作業座標系0′と手先座標系Pの対応する座標軸間
の角度を変数として含む。
Rは作業座標系0′と手先座標系Pの対応する座標軸間
の角度を変数として含む。
一方、Kはマニピュレータの関節のスチフネス1/k
、1/に2.〜1/に6を対角成分に含む6×6の対
角行列 である。さらに式(*)左辺は、第4図に示すように座
標系を定めた時に、例えば、 K ・・・K 、K ・・・K は、x−
y軸方xx zz αα γγ 向、α、β、1回転方向の剛性を、また、K、j。
、1/に2.〜1/に6を対角成分に含む6×6の対
角行列 である。さらに式(*)左辺は、第4図に示すように座
標系を定めた時に、例えば、 K ・・・K 、K ・・・K は、x−
y軸方xx zz αα γγ 向、α、β、1回転方向の剛性を、また、K、j。
(i−x〜Z、 α〜γ、j=x 〜z、 α〜γ:i
’=j)はiと3間の剛性を示し、j方向にΔεの変位
(角変位)を加えた時に、i方向にに9.・Δεの力(
モーメント)を発生することJ を意味する。明らかな如く、(*)式の左辺は関節の剛
性に1〜に6、すなわち、コンプライアンスに1〜に6
の関数である。従って関節の可変コンプライアンス機構
によって、その関節のコンプライアンスを調節すれば作
業座標各軸方向の剛性Kxx、Kyy・Kzz・Kα。
’=j)はiと3間の剛性を示し、j方向にΔεの変位
(角変位)を加えた時に、i方向にに9.・Δεの力(
モーメント)を発生することJ を意味する。明らかな如く、(*)式の左辺は関節の剛
性に1〜に6、すなわち、コンプライアンスに1〜に6
の関数である。従って関節の可変コンプライアンス機構
によって、その関節のコンプライアンスを調節すれば作
業座標各軸方向の剛性Kxx、Kyy・Kzz・Kα。
・Kββ・K7Tを設定できる。
次にこの作業座標系の各方向に対し、第5図に示すよう
に手先(ハンド)の力制御、位置制御を個別に行うこと
を考えると、ある座標軸方向に対し、位置制御を行う時
は1軸の場合に対して説明した原理に基づき、その方向
のコンプライアンスを小、すなわち剛性を大にする。そ
して、その座標軸方向に指定の位置指令だけハンドが変
位するように関節の位置ザーボ系に指令値を送る。一方
、力制御したい作業座標軸の方向に対しては、そのコン
プライアンスをある程度大、すなわち剛性を小にしてお
く。そして、Fという力を発生したいならば、その座標
軸の方向にFを発生するに必要な関節トルクを座標変換
によって求め、そうして求められた関節トルクτ1.τ
2.・・・τ6に対し、そのIImのコンプライアンス
に、、に2・・・k6から、Δθ1=に1τ1.Δθ2
=に2τ2.・・・Δθ6=に6τ6によって、その関
節トルクを発生するに必要なアクチュエータ(モータ)
の角度増分Δθ 、Δθ2.・・・Δθ6を求める。
に手先(ハンド)の力制御、位置制御を個別に行うこと
を考えると、ある座標軸方向に対し、位置制御を行う時
は1軸の場合に対して説明した原理に基づき、その方向
のコンプライアンスを小、すなわち剛性を大にする。そ
して、その座標軸方向に指定の位置指令だけハンドが変
位するように関節の位置ザーボ系に指令値を送る。一方
、力制御したい作業座標軸の方向に対しては、そのコン
プライアンスをある程度大、すなわち剛性を小にしてお
く。そして、Fという力を発生したいならば、その座標
軸の方向にFを発生するに必要な関節トルクを座標変換
によって求め、そうして求められた関節トルクτ1.τ
2.・・・τ6に対し、そのIImのコンプライアンス
に、、に2・・・k6から、Δθ1=に1τ1.Δθ2
=に2τ2.・・・Δθ6=に6τ6によって、その関
節トルクを発生するに必要なアクチュエータ(モータ)
の角度増分Δθ 、Δθ2.・・・Δθ6を求める。
例えば第6図において、壁に垂直にとられた作業座標系
z軸の方向に一定の力F2を作用させ、かつ、壁に平行
にとられたy軸方向にryだけハンドを移動させたいと
すると、ハンドの位置移動量は、作業座標系の位置・角
度増分ベクトルをである。
z軸の方向に一定の力F2を作用させ、かつ、壁に平行
にとられたy軸方向にryだけハンドを移動させたいと
すると、ハンドの位置移動量は、作業座標系の位置・角
度増分ベクトルをである。
作業座標系の各軸方向の移動量増分を関節角度の増分へ
変換する行列を パとすると によってy軸方向にハンドをry移動させるに必要な関
節角増分を求めることができる。この増分を実行すると
ハンドは第6図の点線の位置に移動し、関節角はもとの
関節角をθ1.θ2.・・・θ6と1と、θ1+Δε1
.θ2+Δε2.・・・θ6+Δε6になる。また上式
のAはθ1〜θ6の関数である。ここで、さらにハンド
は壁にF2を作用さじなければならない。
変換する行列を パとすると によってy軸方向にハンドをry移動させるに必要な関
節角増分を求めることができる。この増分を実行すると
ハンドは第6図の点線の位置に移動し、関節角はもとの
関節角をθ1.θ2.・・・θ6と1と、θ1+Δε1
.θ2+Δε2.・・・θ6+Δε6になる。また上式
のAはθ1〜θ6の関数である。ここで、さらにハンド
は壁にF2を作用さじなければならない。
作業座標系における力トルクベクトルを作業座標系に作
用する力・トルクを関節トルクτ1〜τ6に変換する行
列を Bとすると によりτ1〜τ6が求まる。ここで関節に設定されてい
るコンプライアンスをに1〜に6とすればによって、関
節にτ1〜τ6を発生するに要する、従って作業座標系
に を発生するに要する各関節の角度増分量Δθ1゜Δθ
・・・Δθ6が得られる。結果的に上述の位I 置制御の場合と総合して、各関節に θ +Δε1+Δθ1.θ2+Δε1+Δθ2゜・・・
θ +Δε6+Δθ6なる角度指令を与えれば、第6図
においてハンドはy軸方向にry動き、かつ2方向に壁
に対し、F2の力を発生することになる。
用する力・トルクを関節トルクτ1〜τ6に変換する行
列を Bとすると によりτ1〜τ6が求まる。ここで関節に設定されてい
るコンプライアンスをに1〜に6とすればによって、関
節にτ1〜τ6を発生するに要する、従って作業座標系
に を発生するに要する各関節の角度増分量Δθ1゜Δθ
・・・Δθ6が得られる。結果的に上述の位I 置制御の場合と総合して、各関節に θ +Δε1+Δθ1.θ2+Δε1+Δθ2゜・・・
θ +Δε6+Δθ6なる角度指令を与えれば、第6図
においてハンドはy軸方向にry動き、かつ2方向に壁
に対し、F2の力を発生することになる。
以上の過程を実行するシステムを第7図に示す。
第7図において2は位置制御、力制御選択装置である。
なる対角行列で構成されている。ここで、Siは0か1
の値をとる。
の値をとる。
一方、S、は
S、=1ならばS、−O
S 、 =OならばS、−1
なる値をとる。但し、i−x〜2.α〜γであり、作業
座標系のX・・・α・・・γ軸に対応している。
座標系のX・・・α・・・γ軸に対応している。
このS・ S、は位置、力選択信号により例えば+’
+ 位置制御したい軸に対してはS、=1(従ってS 、
=O> 、力制御したい軸には対してはS・=0(従っ
てS、=1>とする。
+ 位置制御したい軸に対してはS、=1(従ってS 、
=O> 、力制御したい軸には対してはS・=0(従っ
てS、=1>とする。
は作業座標系のX、Z、γ方向に対し位置制御、y、α
、β方向に対し力制御することを愚昧する。
、β方向に対し力制御することを愚昧する。
これに位置増分指令、力・トルク指令
加える。この時に位置制御をしない座標軸の位置指令値
、力制御をしない座標軸の力指令値(例えば今の例では
r、r、、r、3.FX、F2゜Fア)は結果的に無視
されるので、どんな値をセットしてもよい。
、力制御をしない座標軸の力指令値(例えば今の例では
r、r、、r、3.FX、F2゜Fア)は結果的に無視
されるので、どんな値をセットしてもよい。
なる出力を得る。
コンプライアンス指令値を23を用いて、座標変換装置
12を経て可変コンプライアンス機構16に伝達して関
節のコンプライアンスを1整するとともに、その調整1
ifik1〜に6を11へ送り、24によって関節トル
クに変換された力指令を関節角増分指令に変換する。
12を経て可変コンプライアンス機構16に伝達して関
節のコンプライアンスを1整するとともに、その調整1
ifik1〜に6を11へ送り、24によって関節トル
クに変換された力指令を関節角増分指令に変換する。
一方、位置増分指令は6で関節角増分指令に変換された
後、11で求められた力指令に対応する関節増分指令と
、加算器で加算される。
後、11で求められた力指令に対応する関節増分指令と
、加算器で加算される。
この3の出力が指令された位置・ツノ制御を達成するに
必要なr@節方角増分なる。これにIl1節角現在値を
加えて各関節アクチュエータの位置サーボ系に出力すれ
ば目的が達成される。
必要なr@節方角増分なる。これにIl1節角現在値を
加えて各関節アクチュエータの位置サーボ系に出力すれ
ば目的が達成される。
SとSを今の例とは別にセットすればそれに応じて作業
座標軸方向の力制御・位置制御が実現できる。
座標軸方向の力制御・位置制御が実現できる。
(ハ)発明の効果
このように、この発明によれば、マニピュレータの各関
節を可変コンプライアンスをもつアクチュエータで構成
し、力制御、位置制御の両者を好適に組合せ、作業座標
系における安定な力と位置のハイブリットl制御を精度
良く実現することができるマニピュレータの混成i制御
方法を得ることができる。
節を可変コンプライアンスをもつアクチュエータで構成
し、力制御、位置制御の両者を好適に組合せ、作業座標
系における安定な力と位置のハイブリットl制御を精度
良く実現することができるマニピュレータの混成i制御
方法を得ることができる。
第1図はこの発明を1軸直線運動アクチユエータを使用
した1、1110系に適用した例を示す構成説明図、第
2図は1軸回転運動アクチュエータを使用した1ilJ
l系に適用した例を示す構成説明図、第3図は多関節ロ
ボット・マニピュレータを示す構成説明図、第4図は作
業座標系における剛性を示す説明図、第5図は作業座標
系の各方向へのハンドのIIJIIIを示す説明図、第
6図はハンドの位置変位を示す説明図、第7図はこの発
明を多関節マニピュレータの関部系に適用した例を示す
構成説明図、第8図は分離された力・トルク制御モード
と位置・角度制御モードを示す説明図、第9図は従来の
11Jtll系の一例を示す構成説明図、及び第10図
は従来の制御系の他の例をを示す構成説明図である。 2・・・引算器 3・・・サーボ弁 4・・・可変
コンプライアンス要素 5・・・ハンド 6・・・
アクチュエータ 7・・・シリンダ 8・・・位置
検出器9・・・壁 10・・・アンプ 11・・・
位置偏差演算装置 12・・・座標変換装置 13
・・・位置制御系 14・・・力制御系 15・・
・駆初要素16・・・コンプライアンス要素 17・
・・関節18・・・手先 21・・・作業対象物
22・・・出力軸(アクチュエータ15の) 100
・・・物体101・・・モータ 102・・・モータ
第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第8図 力・トルフ隼゛目押t−ド 位2−角&$・+afモード 第9図
した1、1110系に適用した例を示す構成説明図、第
2図は1軸回転運動アクチュエータを使用した1ilJ
l系に適用した例を示す構成説明図、第3図は多関節ロ
ボット・マニピュレータを示す構成説明図、第4図は作
業座標系における剛性を示す説明図、第5図は作業座標
系の各方向へのハンドのIIJIIIを示す説明図、第
6図はハンドの位置変位を示す説明図、第7図はこの発
明を多関節マニピュレータの関部系に適用した例を示す
構成説明図、第8図は分離された力・トルク制御モード
と位置・角度制御モードを示す説明図、第9図は従来の
11Jtll系の一例を示す構成説明図、及び第10図
は従来の制御系の他の例をを示す構成説明図である。 2・・・引算器 3・・・サーボ弁 4・・・可変
コンプライアンス要素 5・・・ハンド 6・・・
アクチュエータ 7・・・シリンダ 8・・・位置
検出器9・・・壁 10・・・アンプ 11・・・
位置偏差演算装置 12・・・座標変換装置 13
・・・位置制御系 14・・・力制御系 15・・
・駆初要素16・・・コンプライアンス要素 17・
・・関節18・・・手先 21・・・作業対象物
22・・・出力軸(アクチュエータ15の) 100
・・・物体101・・・モータ 102・・・モータ
第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第8図 力・トルフ隼゛目押t−ド 位2−角&$・+afモード 第9図
Claims (1)
- マニピュレータの関節を駆動するアクチュエータをコン
プライアンスを調整可能なアクチュエータで構成し、前
記マニピュレータの関節の力目標値をP_f、位置目標
値をrとするとき、前記関節を駆動するアクチュエータ
のコンプライアンスをkとして、P_f・k=Δrなる
位置偏差を前記位置目標値rに加えた(r+Δr)を位
置目標値として前記アクチュエータを位置制御すること
によって力制御を位置制御に置換することにより、位置
制御と力制御の混成を位置制御だけで達成することを特
徴とするマニピュレータの力と位置の混成制御方法
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18028685A JPH079609B2 (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | マニピューレータの力と位置の混成制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18028685A JPH079609B2 (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | マニピューレータの力と位置の混成制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6240508A true JPS6240508A (ja) | 1987-02-21 |
JPH079609B2 JPH079609B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16080554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18028685A Expired - Lifetime JPH079609B2 (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | マニピューレータの力と位置の混成制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH079609B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991019235A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Fanuc Ltd | System for controlling compliance |
JP2008126219A (ja) * | 2006-11-25 | 2008-06-05 | Hirosaki Univ | 塗布システム |
CN107398911A (zh) * | 2016-05-18 | 2017-11-28 | 河北农业大学 | 一种以位置控制进行夹持力控制的机械手 |
-
1985
- 1985-08-16 JP JP18028685A patent/JPH079609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991019235A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Fanuc Ltd | System for controlling compliance |
JP2008126219A (ja) * | 2006-11-25 | 2008-06-05 | Hirosaki Univ | 塗布システム |
CN107398911A (zh) * | 2016-05-18 | 2017-11-28 | 河北农业大学 | 一种以位置控制进行夹持力控制的机械手 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH079609B2 (ja) | 1995-02-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |