JPS6284991A - 力センサによる重量，重心位置算出方法 - Google Patents

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〕 本発明は力センサによる重量１重心位置の算出方法に係
り、特に力センサから取りはずしのきかない複雑な形状
をもった最終作用素の重量１重心位置の算出に好適で、
かつ同時に力センサのオフセット値をも算出できる力セ
ンサによる重量１重心位置の算出方法に関する。

〔発明の前景〕

従来のロボットの力ｆ＃Ｊ　ｊＢなどにおいて、力セン
サから正確な外力の力・モーメントデータを得るために
は、力センサのオフセット値とカセンサ先の最終作用素
の重量９重心位置をあらかじめ正確に求めておく必要が
ある。このため従来方法では最終作用素をはずした状態
でます力センサのオフセット値を求め、さらに最終作用
素の重量２重心位置をそれぞれ実際に測定するか、形状
から計算するかして求めるか、あるいは力センサの姿勢
変化による力センサデータの比較によりこれらの値を求
めていた。しかし、実際に最終作用素を力センサから取
りはずすのが困難である場合や普度変化が激しかったり
衝撃が加わった時などにはあらかじめ測定しておいた力
センサのオフセット値の精度、信頼性が乏しく、また最
終作用素の形状が複雑である場合などには図面形状から
重心位置。

重量を算出するのは非常に難しかった。したがって最終
作用素を力センサに取付けたままで力センサのオフセッ
ト値と最終作用素の重量２重心位置を求める必要がある
が、従来方法では両者を同時に求めることに対して配慮
されていなかった。なおりセンサの力検出方法を詳しく
述べている例として米国特許第４０９４１９２号がある
。

〔発明の目的〕

本発明の目的はカセンサ先の最終作用素の重量。

重心位置および力センサのオフセット値が未知数である
場合にこれらの値を同時に求め得る力センサによる重量
９重心位置算出方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記の目的を達成するため、まず最終作用素に
重量９重心位置の既知なおもりを取り付けるか、あるい
はおもりの重心位置が未知の場合には重量が既知で重さ
の異なる複数個のおもりを１個づつ取付けた場合の相対
重心位置を測定するかして、これらにもとづき力センサ
の姿勢変化に対応した理論的な力・モーメント値の差分
と、実際に力センサから得られる力・モーメント値の差
分より方程式を立て、好ましくは最小２乗法によって最
終作用素の重量９重心位置および力センサのオフセット
値を求めるようにした力センサによる重量１重心位置算
出方法である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第９図により説明す
る。

まず本発明を実施するにはその条件として力センサの姿
勢を任意に変化させる冶具あるいは装置とその姿勢を測
定しうる装置あるいは手段を必要とする。第６図は力セ
ンサが装着された多自由度ロボットの外観構成を例示す
る斜視図である。第６図においてロボットｌの先端には
力センサ２を介してハンド（最終作用素）３が装置され
ており、このロボット１を動作させることにより上記条
件を満たすものである。また第７図は上記条件を満たす
他の装置例として力センサが装着された任意の姿勢を与
えるテーブルの外観構成を例示する斜視図である。第７
図の装置は矢印で示す２方向に傾き任意の姿勢を出せる
テーブル４に力センサ２を介してハンド（Ｉ＆終作用素
）３を装着したものである。このように本発明は上記条
件を満足する各種装置を用いることにより実施すること
が可能となるが、以下に述べる実施例では第６図の構成
をもつ力センサ２を装着したロボット１によるものであ
る。

因みに、ここでロボットｌの制御装置の構成について説
明すれば、その構成は第９図に示すようである。

即ち、本例でのものは主制御ＣＰｔＪに、座標変（典Ｃ
Ｐ　Ｌ１１３．力センサＣＰＵ２２およびサーボ制御Ｃ
ＰＵ２３よりなるマルチＣＰＵシステムとして構成され
たものとなっている。力センサＣＰＵ２２以外の３つの
ＣＰ　Ｕ１２．１３．２３によってロボット１はそのハ
ンド３が任意の姿勢をとったり、あるいは任意の位置へ
移動するようになっているものである。ハンド３の姿勢
や位置はサーボ制御ＣＰＵ２３が位置・姿勢指令データ
にもとづきサーボアンプ２４を介しサーボモータ２５を
制御することによって可変に制御されるが、この際タコ
ジェネレータ２６からの速度検出信号がサーボアンプ２
４にフィードハックされることによって安定な制御が図
られるようになっている。ハンド３の位置・姿勢はその
制御中に様々に変化するが、その位置・姿勢はロータリ
エンコーダ２７からのパルス信号をサーボカウンタ２８
でカウントし、このカウント値より知れるものとなって
いる。サーボカウンタ２８からのカウント値はサーボ制
御ＣＰＵ２３を介し位置・姿勢データとして共通ＲＡ　
Ｍ２１に書き込まれるようになっている。共通ＲＡＭ２
１にはまた外力が書き込まれるが、外力は力センサＣＰ
Ｕ２２が力センサ２からのデータをもとに剛性マトリッ
クスによって計算することによって得られるものとなっ
ている。このようにロボットを実時間で高速に制御ずべ
く複数のＣＰＬＩが用いられているが、本発明の実施上
は多くのＣＰＵは要されない０本発明の実施上ロボット
１の姿勢を任意に変化させて力・モーメントデータを収
集し、また、既知とされたおもりの重量や重心位置を入
力し得る装置があれば十分であることから、処理の高速
性が要求されない場合はＣＰＵとしては主制御ＣＰＵ１
２だけで十分である。生温ＪＣＰＣ１１２とコントロー
ルディスプレイ１９だけで十分実施可能なわけである。

なお、ティーチングボックス１８は主制御ＣＰＵ１２へ
の補助的入力手段であり、また、ディスク２０およびデ
ィスクコントローラ１４は力・モーメントデータを保存
したり、本発明に係るプログラムをロードするものとな
っている。更に符号１５．１６．１７はそれぞれサブＣ
ＰＵ、視覚装置、高速通信モジュールを示すが、これら
は本発明に直接間しないものとなっている。

ここで第６図の力センサ２が装着された多自由度ロボッ
ト１の座標系のとり方および力センサ２から得られる力
・モーメントについて第８図により説明する。第８図は
第６図の各種座標系を表示する斜視図である。第８図に
おいて、座標系０ｂ−ｘｂｙｂｚｂ、Ｏ’　−ｘ”　ｙ
”　ｚ”はそれぞれロボット１基部、カセンサ２に固定
された座標系（以下それぞれの座標系をＢ系（ベース系
）。

Ｂ系（センサ系）と称する）を示している。また７ｂ、
πゝ、π５はＢ系でみたＢ系の各座標軸ｘ１゜ｙ　５　
、　　ｚ　＄に平行な単位ベクトルＴ、ｇ、Ｈの方向余
弦である。

ここで力センサ２はＢ系における外力を含む並進力ｆ、
、ｆ、、ｆ、、モーメントｍＸ、ｍ、。

ｍ３の６成分が検出可能であり、力・モーメントＴ”　
＝　（ｆＸ、ｆ、、ｆ、、ｍＸ、ｍ、、ｍ、）と力セン
サ出力（電圧） ｅ＝（ｅｌ、ｅｚ、−・・ｅｊ）　（＃≧６）とは歪・
力変換行列すなわち剛性マトリクス（Ａ）により式（１
）のように関係づけられ、力センサ出力τをもとに力・
モーメントτ５すなわちＴａ。

伍１が計算できる。

Ｔ”　＝　（Ａ）ｅ ＝（７ｔＴ、ｒｉ１ｍ？）了−−−−−−−−−−−−
−−−−−−（１）さて従来方法により、力センサ２に
外部からハンド（最終作用素）３を介して加わる純粋な
力・モーメントを算出するには、あらかじめ力センサ２
に力・モーメントをまったく加えない状態、すなわち力
センサ２の先の最終作用素３　（これは一般的には力セ
ンサ２の先に取り付けられたハンド。

ツール類他すべての物をあわせたものをいい、ここに述
べる第６．８図などにおいては力センサ２の先に実際に
ついているのがハンドのみであるため最終作用素３はハ
ンド３である）を取りはずした状態で力センサ２のオフ
セット電圧ｅ　ｏｆｆを測定し、弐（１）よりオフセッ
ト力・モーメントτ８ｆ、すなわちＴ　ｏｆｆ　ｌ　ｎ
１ｏｆｆを以下のように求めておく。

Ｔａｒｔ　−［Ａ］　ｅｏｔｔ　　−・・・−−−−−
−−一−・−−−−−−一−・（２）−［７：、ｆ丁、
ｍ二ｆｆ’１丁−−−−ｍ−−−−・（３）ここにＴ：
、（、ｍｊｒｒは、力センサ２のオフセット電圧ｉ。１
１から得られるオフセット力、およびモーメントであり
、式（３）のＴ”、、”のＴは転置を表している。ここ
で最終作用素３の重量１重心位置をそれぞれｗ、Ｊ：と
じ、ベース系における重力方向の単位ベクトルをｉ；と
すると、この最終作用素３のみにより力センサ２に加わ
る力・モーメントＴ：、ｍ：は、 Ｔ：　ｍｗ、［Ｔｂ、ｇ’　、　　′ＦＬ’　］　Ｔ’
Ｅニー・・（４）ｆｆＬｇ　−迂：　Ｘ　　Ｔ：　　−
・−・・・−・・−−−−−−−−−一−−−−−−−
−〜・・−・−・（５）となる。また力・モーメントベ
クトルτ：は、ｒ：　　＝　　［Ｔ：”、　ｍ：Ｔ］　
　”　　−・・−−−−−＝−−−−・−−−＜ｓ　＞
となる、従って外部から加わる純粋な力・モーメントτ
：は式（１）、（２）、（６）より、工ｔ＝τｌ−τ：
　　Ｔ：ｆｆ’−・−・・−・−・−・・・・・（７）
すなわち、 Ｔ　ｔ　＝　７　’　−Ｔ　：　　Ｔ　ｇｔｔ−＝−・
−＝−−−−−＝−（８）ｉで　＝　ｍ＊　　−ミニ　
−伍：１．−・−−一・・−・−−一・・・・−−−−
−（９）となる、従来方法ではこのようにして力センサ
２のオフセット力・モーメントＴ二ｔｒ　、　ｍａｒｔ
および最終作用素３の重量Ｗ、２重心位置Ｊ：が既知で
あるとして、力センサ２からえられる力・モーメントＴ
’、ｍ”を用いて純粋な力・モーメントＴｉ　、ｍ（を
上式（８）、（９）より求めるか、あるいは最終作用素
３の重量Ｗ、１重心位置ａ：が未知である場合にはロボ
ット１の姿勢変化と対応する力センサデータを基にこれ
を求めてから純粋な力・モーメントＴ（、ｍｊを算出し
ていた。但し後者の場合にはあらかじめオフセット力・
モーメンＦ　Ｔａｒｔ　＋　ｍｇｔｔを求めておくか、
あるいは式（１）より導かれる力・モーメントＴ’、ｍ
’を正確なものと考えてオフセット力・モーメントＴ：
、、、ｍ：ｔｒをＯとして計算を行なっていた。

ところが上記したように最終作用素３を力センサ２から
取りはずすのが困難な場合やその形状が複雑な場合には
最終作用素３の重量Ｗ１１重心位置Ｊ：を正確に求める
のは非常に困難であるうえ、オフセット力・モーメント
Ｔ　ｇｆｔ　＋　ｍｕｆｆ最終作用素３の取付は時の状
態および温度変化や衝撃等により経年変化することから
あらかじめ測定しておいたオフセット力・モーメントτ
ｉｆｔは精度や信転性にかける。

そこで本発明の第１の実施例では、力センサ２のオフセ
ット力・モーメントＴ　：ｆｆ　＋　伍ｏｆｆおよび最
終作用素３の重量Ｗ、１重心位置ａ：すべてが未知であ
る場合に、第１図に示すようにこれに重量２重心位置の
正確にわかっているおもりを取り付け、これらの未知数
をすべて算出し、これによって純粋な外力を求めること
を可能とする。第１図は本発明の第１の実施例のおもり
とハンド（最終作用素）の重心位置を表示する斜視図で
ある。

第１図において、力センサ２先のハンド（最終作用素）
３に重量、Ｍ心位置の既知なおもり５が取り付けられて
いる。’；Ｉ＃　＋　１９はそれぞれ最終作用素３．お
もり５の重心位置を示している。

いま重ｚｗｐ　、重心位置にの既知なおもり５により力
センサ２に加わる力・モーメントをＴ；。

ｉ二とすると、最終作用素３とおもり５とオフセット電
圧により力センサ２から得られる力・モーメントＴ’、
ｍ”は式（８）、　（９）より、Ｔ　’　＝　７　＝＋
　Ｔ　ニー　＋　Ｔ　：ｔｃ−−−−＝−−−−（１０
）伍＄＝ｉ：　十ミニ十伍：１．−・−・−・−・・−
・−・・（１１）となる。ここでおもり５の重量２重心
位置をＷ、。

Ｊ二とし、おもり５と最終作用素３の両方による重量１
重心位置をｗ、　　；Ｊ”とすると、ｗ　＝　ｗ　、　
＋　ｗ　、　−−−−−−−一−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−（１２）Ｈ”　＝（１／ｗ）　（ｗ
ｅ　’ｌ：　＋　Ｗ、　ｈ二）　−−−（１３）となる
。したがって、おもり５と最終作用素３によって理論的
に力センサ２に加わる力・モーメントは、 Ｔ　二　＋７　＝　＝ｗ　　［Ｔ　ｂ　、　　　ｇ　ｂ
　、　　　Ｋ　ｂ　コ　Ｔ　ｉコ１８−−−−−−＝　
（１４） ｒｎ：＋ｍ二　＝迂１　×　（Ｔ二　十丁＝）−・・−
（１５）となる。ここでロボットエの姿勢を変化させる
ことにより、対応する力センサ２の姿勢を［Ｔ？。

ｇｒ　、に’！　］−Ｃ”！　−ＦＺ”ｉ　、”’！　
］　トｔｉ、ｑｒ　　＝　　［ＴＦ、　　ｇｒ、　　■
ｅ　　］　　”　　ｕ、　：　　−一−−−（１６）と
おくことにより上記２つの姿勢によって力センサ２から
得られる力・モーメントＴｉ、ｍ：、Ｔｊ。

ｉゴは式（１０）、　（１１）、　（１４）、　（１５
）、　（１６）より、となる。従って式（１７）　−（
１９）、　（１８）　−（２０）を計算することにより
、 となり、オフセット力・モーメントＴ　ｏｆｆ　＋　　
ｍｏｆｆの影響を消すことができる。そこで最終作用素
３の重ｆｗ、１重心位置１：を求めるため上式（２１）
　。

（２２）をＷ、１ｓについて解くと、 ｗ＝（７１□　　−司Ｊ　）　　士　　（Ｔ’−Ｔ　ゴ
　）　　−一　（２３）ＷＩＱ；　　　Ｑｉｌ” ＋Ｃ（ｑｉ−ｑ＝）　　−・−（２４）となり、ここで
Ｃは任意の実数であり、（ｑｔ　　ＱＪ）↑−（（４，
−司、）士（可、−互、））　−’×（可ｉ　　Ｑｊ）
”　　−−−−−・−−−一−・・−・−・（２５）で
ある。式（２１）においておもり５と最終作用素３の両
方による重量Ｗをを未知数とすると一般に解は不能とな
るが、式（２３）、　（２５）により最小２乗解が得ら
れる。また式（２４）よりおもり５と最終作用素３の両
方による重心位置ベクトルｈ’は不定となることがわか
る。従って他の別なもう１つの力センサ２の姿勢（ＴＲ
，ｇｉ：、　　五ｋ〕をとることによって連立方程式を
立て、これを解くことによりｈ”を以下のように求める
。

式（１６）、　（１７）、　（１８）より、Ｑｈ　＝　
ＣＴｅ　、　　ｇｅ　、　　ＫＲ）　ｕｉ；　−−−−
（２６）式（１７）−（２７）、　（１８）−（２８）
より、となる。ここで式（２１）、　（２２）、　（２
９）、　（３０）６ごおいて、 Ｔ　；　　＝　Ｔ　ｉ　　−Ｔ　”　　−−−−−−−
−−一−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（３１
）Ｔ；　ニア、−７．．−−−−−−−・−−−−−−
−−一−−−−−−（３２）伍７　＝青、−伍、−−−
一・−・−一−−−−−・−・−−−−・−・・−・・
・−・−−−−・（３３）とすると、式（２１）、　　
（２２）、　　（２９）〜（３６）、　　（３９）、　
　（４０）となる。ここでｗ、’ｌ、を未知数とすれば
式（４１）。

（４２）は一般に不能であるが、 のように最小２乗解を考えれば、おもり５と最終作用素
３全体の重量１重心位置のｗ、Ｍ、を求めることができ
る。（旦しここで、［］　士の士は擬似逆行列を表わし
ており、 ×［可ｒＴ＋ｑｚ”ｌ”　　・−・−・−（４５）・・
−・・・−（４６） である。また一般に０回（ｎ≧３）力センサ２の姿勢を
変化させた場合には弐（４３）、　（４４）より明らか
なように、 となる。おもり５の重量１重心位置のｗｐＪ二は既知で
あることがら式（１２）、　（１３）および（４７）。

（４８）により、 ｗ、　　＝　Ｗ　−Ｗｌ。

１二　＝（１／ｗ、）（ｗＨ’　　−Ｗｐ　１二）とな
り、未知であった最終作用素３の重量２重心位置のｗ、
Ｊ：を求めることができる。また他の未知数であったオ
フセット力・モーメントＴ二ｆｔ　＋　苗よ、ｆは式（
１７）、　（１８）および（４７）、　（４８）より、 ？’　：ｆｆ　＝　Ｔ　ｒ　　　’　Ｑ　ｉｍ：１１　
＝　ｍ　ｆ　−ｗ　’；ｆ　’　　×ｑ　。

となる。さらに精度よく求めるためには次のように平均
をとる。

ここでｎは力センサ２のデータ数であり力センサ２の姿
勢の種類は（ｎ＋１）種必要である。以上より本実施例
によって重心位］Ｌ１重量Ｗｐの既知なおもり５を最終
作用素３に取付け、力センサ２の姿勢を３種以上変化さ
せることによって式（４９）、　（５０）、　（５３）
、　（５４）より最終作用素３の重ｔｉｗ、、ｍ心位１
１．：　、力センサ２のオフセット力・モーメンＦ　ｒ
：ｆｆ　＋　ｒｎ：ｆｆを同時に算出することができる
。なお以上の手法で最終作用素３のｆｆｌＭＷａ　、力
センサ２のオフセット力・モーメントｒ占ｔｒ、ｍ二１
１のイ直は、おもり５の重＠Ｗ＄、力く既知であれば重
心位置ｄ：が未知であっても求めることが可能である。

次に本発明の第２の実施例のセンサ座標系におけるおも
りの本心位置が最終作用素３の形状の複雑さなどから正
確にわからないときに、重量が既知の腹数個の車さの異
なるおもりを１個ずつ別の箇所に取り付け、先に第１の
実施例で述べた手法を同様に処理を行い、おもりの取付
は位置の相対位置を正ｆｆｆｌに求めることにより、力
センサ２のオフセット力・モーメント最終作用素３の重
量。

重心位置を算出する方法を第２図により説明する。

第２図は本発明の第２の実施例の２１！ｈ類のおもりの
４［Ｊ対重心付ｉｉ、ｉ：を表示するお［視図である。

第２図において、力センサ２先のハンド（最終作用素）
３に重量が既知で重さの異なる２個のおもり６゜７が１
個ずつ別の箇所に取り付けられる。迂８．。

迂８□はそれぞれおもり６，７の重心位置を示し、７は
おもり６，７の相対重心位置を示している。

いま２個のおもり６，７の重量を測定しそれぞれＷｅ、
、Ｗａｇとする。最終作用素３にそれぞれのおもり６．
７を取り付けた時のおもり６．７の重心位置までの位置
ベクトルをそれぞれ重心位置１ｇ、、ｄｇ、とすると、
その相対重心位置が正確に測れることからこの相対重心
位置ベクトル、’ｌ　＝　Ｋ　Ｌ　−ＨＬ　　−−−−
−−−−−−−−−−・−・−・−・・−・・・−−−
−−−−−−（５５）は既知である（但しここで重心位
置’Ｈ：、、２３．は前の第１の実施例と異なり未知数
である）。そこでまずおもり６を取り付は前の第１の実
施例と同様の手法により式（４７）、　（４Ｂ）よりお
もり６と最終作用素３の全体の重１１ＷＩおよび重心位
置Ｈ？を計算する。おもり７についても同様におちり７
と最終作用素３の全体の重’ｊ１ｗｚ、重心位置月を計
算する。最終作用素３の重ｉｔｗａに対しては前の第１
の実施例の手法により計、算することが可能で、式（４
９）をおもり６，７に適用することによって計算した結
果の平均より、 ■ Ｗｅ　−（（ｗ＋＋ｗｚ）　　（Ｗ（ＩＩＩ　　ｗｏ２
）ｌ−（５６）となる。式（４９）におけるＷ、がここ
ではＷｏ、、　ｗｏ。

に相当し、ｗ、、ｗ、は、式（４７）よりそれぞれのお
もり６．７による姿勢データの差互；および力センサ２
の並進力データの差Ｔ；との演算によって求めることが
できる０次に最終作用素３の重心位置迂：であるが、こ
れはおもり６．７の重心位ｉ’２［、、Ｈ”、が未定で
あることがら式（５０）より求めることはできない。そ
こで相対重心位置ベクトル７を利用してこれを求める。

すなわちおもり６゜７それぞれによる最終作用素３との
全体の重心位置ベクトルＨ’、Ｈまは式（１３）より、
ｈｔ　−二二（Ｗｏｔ　　ＭＬ　十ＶＶａ　’１ｇ　）
　　・−＝（５７）Ｈｘ　　−−Ｃｗｏｔ　　ＭＲｚ＋
ｗｍ　　Ｈ：　）　　・（５８）ｆｉ となる、ここで式（５７）、　（５８）をそれぞれ迂り
、Ｈ８ｇについて解きこれを式（５５）に代入すると、
７ｊ　＝　　　　　　　（ｗ　＋　　’ｄ　Ｔ　　−ｗ
−’ｉｌ二）ｏｌ −（Ｗｚ　１１−ｗ、　’ｃｉ：　）　　−＝−（５９
）Ｂ となり、これを最終作用素３の重心位置ｉ：について解
くと、 Ｘ（ＷＯＩＷ０２Ｎ−Ｗ＠ｉＷｌ　Ｈ丁＋　ｗ　ｏｒ　
ｗ　ｔ　’ｌ　ｌ　）　　　　　”’−”−’−’（６
０）となる。ここでおもり６．７の重ｉｉ　ｗ　６１　
、　　ｗ　Ｏ２は既知であり、おもり６，７と最終作用
素３の全体の重ｆｆ１ｗ、、ｗ２は式（４７）より算出
し、その重心位ＩＴ？　ｌ　　’ｄｉは式（４８）より
求めることができる。

また最終作用素３の重量・〃。は式（５６）より、既知
で相対位置ベクトル７は測定により既知である。

以上より最終作用素３の重心位置Ｊ二が式（６０）より
算出できる。力センサ２のオフセット力・モーメントＴ
　ｏｆｆ　ｌ　伍Ｏｆｆは前の第１の実施例の手法によ
り算出可能であるが、ここではより高精度に求めるため
平均値を計算する。すなわちおもり６゜７それぞれによ
って式（５１）、　（５２）から計算した力センサ２の
オフセット力・モーメントをそれぞれＴ：ｆｆｌ、ｍ二
ｆｆｌ＋　　ＴＯｆｆｅｒ　吊＝１，２とすると求める
べき高精度のオフセット力・モーメント丁二ｆｆ　　＋
　　ミニｆｔ　　は Ｔｏｒｔ　””　１　／　２　＜Ｔｏｔｆ、”　Ｔｏｖ
ｒｚ）・−・・−・・−・−（６１）ｍｉｆｔ　＝　１
　／　２　（伍：、、、＋ｍ二ｔｔｚ）　’−・・−・
・・・・−（６２）となる。以上に２個のおもり６，７
の相対重心位置書の測定によって最終作用素３の重量ｗ
、１重心位胃ｄ：および力センサ２のオフセット力・モ
ーメン）　’Ｔｕｆｆ　＋　ｍ二ｆｆを算出する方法を
述べた。

第３図は以上に述べた第２図の第２の実施例の具体的な
一実施例を示す斜視図である。

また第４図は第３図のおもりの形状を示す斜視図である
。第３図および第４図において、第４図のようにコの字
型の中心幅ｌの中心軸上に重心位置があり、かつそれぞ
れ材質を変えて重量が異なる同一形状寸法のおもり８．
９を作る。このおもり８．９を第３図のように角度をず
らして（この場合９０°）ハンド（最終作用素）３で１
個ずつつかむ。このときのおもり８，９をっがむ深さの
差をΔ２として、その相対重心位置ベクトル７は、それ
ぞれのおもり８．９の重心位置ｈ３．．ａ３２が、Ｈ３
ｔ　＝　（０、−ｐ　／　２　、　　ｚ　）　−−−−
−−−−−−−−−−−（６３）’Ｊｇｚ＝　（１／２
．０．ｚ＋Δ、　）　−−−−−−＜６４）であること
がら式（５５）より、 δ−ｄＬ−Ｈ：、　　−・−・−・・・・−・・−・・
・・・・・・・（６５）＝　Ｃ１／２．−（！／２．−
Δ、）−・−・・（６６）と而単に求めることができる
。また第５図は第２図の第２の実施例の具体的な他の実
施例を示す斜視図である。本実施例は５図のようにたが
いに着脱可能なおもり１０．１１を作り、おもり１０の
重心位置とおもり１０．１１両方による重心位置との相
対重心位置ベクトル３をあらかじめ計算しておきこれを
使う方法である。第３図、第５図の方法に限らず相対重
心位置ベクトル７が計算できる場合には、本発明の第２
の実施例の手法により最終作用素３の重量Ｗ、１重心位
置■：、カセンサ２のオフセット力・モーメントＴ　二
ｆｔ　＋　ｍ：ｆｆを簡単に計算することができる０以
上はおもりが２種の場合について述べたがおもりがｎ種
（ｎ≧３）の場合についても同様に計算することが可能
である３ある２つのおもりの相対重心位置ベクトルを７
ｊとし、この相対重心位置ベクトルＬにより式（６ｏ）
より求めた最終作用素３の重心位置を特徴とする請求め
るべき高精度の最終作用素３の重心位置ベクトルａ：は
平均をとり、 となる。以上はセンサ系でみたおもりの重心位置がよく
わからない場合に、２種類あるいはそれ以上の種類のお
もりの相対重心位置ベクトルδ、をもとに最終作用素３
の重心位置■：を求める方法を述べたものである。

また最終作用素３の垂蓋ｗ０．カセンサ２のオフセット
力・モーメント値７０ｆｆ　ｒ　ｍｕｆｆは、おもりの
重量が既知であれば重心位置が未知であっても求めるこ
とが可能で、これは第１図の第１の実施例で述べたとお
りである。そこで複数個のおもりを用いた場合について
も第１図の実施例の手法で同様に求めるとこが可能で、
式（４９）よりある１つのおもりによって求めた最終作
用素３の重量Ｗ、４とすると求めるべき高精度の最終作
用素３の重量Ｗ、は、 であり、また力センサ２のオフセット力・モーメントは
式（５１）、　　（５２）あるいは（５３）、　（５４
）より求めた力・モーメントを１’：ｆｆＬ＋　ｍ：、
、ｉとすると求めるべき高精度のオフセット力・モーメ
ントＴＯｆｆ＋　伍ｇｆｆは、 となる。

なお第１図の第１の実施例の重心位置４二が既知なおも
り５を用いて最終作用素３の重心位置Ｊを算出する方法
は複数個のおもりの場合にも適用可能で、この場合には
ある１つのおもりによって式（５０）より求めた重心位
置４：ｉとすると、求める高精度の最終作用素の重心位
置イ：は、となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、カセンサ先の最終作用素
の変更や力センサのオフセット値の変化が生じたとして
も、重量２重心位置の既知なおもりを取りつけるか、あ
るいは重量の既知な複数個の重さの異なるおもりを別々
の所に取り付けてその相対重心位置を正確に測定するこ
とにより、正確な最終作用素の重量１重心位置および力
センサのオフセット値を算出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のおもりとハンド（最終
作用素）の重心位置を表示する斜視図、第２図は本発明
の第２の実施例の２種類のおもりの相対重心位置を表示
する斜視図、第３図は第２図の具体的な一実施例の斜視
図、第４図は第３図のおもりの形状を示す斜視図、第５
図は第２図の具体的な他の実施例を示す斜視図、第６図
は力センサが装着された多自由度ロボットの外観構成を
示す斜視図、第７図は力センサが装着された任意の姿勢
を与えるテーブルの外観構成を示す斜視図、第８図は第
６図の座標系を表示する斜視図、第９図は第６図に示す
ロボットの制御装置の構成を示す図である。 １・・・ロボット、２・・・力センサ、３・・・ハンド
（最終作用素）、４・・・任意の姿勢を出せるテーブル
、５・・・重心位置２重量の既知なおもり、６．７・・
・重量の異なるおもり、８，９・・・重量が異なり重心
位置が中心軸上にあるおもり、１０．１１・・・着脱可
能で個別のときと装着されたときのそれぞれの重心位置
の相対重心位置が既知のおもり。 代理人　弁理士　　秋　本　　正　実 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、任意方向の力および基準点まわりのモーメントが検
   出可能な力センサを介し、この先に装着された最終作用
   素の重量、重心位置を算出し、かつ同時に力センサのオ
   フセット値を求める方法であって、最終作用素に重量、
   重心位置の既知なおもりを取り付け、最終作用素の重量
   、重心位置および力センサのオフセット値が未知数とし
   て含まれる理論上での力・モーメント値と、力センサに
   よって検出された実際の力・モーメント値との比較によ
   って最終作用等の重量、重心位置を求め、さらに力セン
   サのオフセット値も同時に求めることを特徴とする力セ
   ンサによる重量、重心位置算出方法。 ２、最終作用素の重量、重心位置および力センサのオフ
   セット値は、力センサの姿勢を変化させるたびごとに前
   の姿勢あるいはある１つの姿勢をとった時に力センサか
   ら得られる力・モーメントデータの差をとることにより
   力センサのオフセット値の影響を消し去り、この力セン
   サから得られた力・モーメントの差のデータと力センサ
   の姿勢に対応した理論上での力・モーメントの差のデー
   タとの比較により最終作用素の重量、重心位置を計算し
   、その後これをもとに力センサのオフセット値を逆算し
   、かつこれらの値を最小２乗法を用いてより精度よく求
   める特許請求の範囲第１項記載の力センサによる重量、
   重心位置算出方法。 ３、重量、重心位置の既知な複数個のおもりをそれぞれ
   最終作用素に取り付け、各おもりによって求めた最終作
   用素の重量、重心位置および力センサのオフセット値を
   平均することによってより高精度にこれらの値を求める
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の力センサによ
   る重量、重心位置算出方法。 ４、最終作用素に取り付けるおもりの重心位置が未知の
   場合には重量の既知な重さの異なる複数個のおもりを１
   個ずつ取り付け、そのときの複数個のおもりの相対重心
   位置を正確に測定することにより、最終作用素の重心位
   置を求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の力センサによる重量、重心位置算出方法。