JPS63162181A - 多関節アームロボットの制御装置 - 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】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、極限作業ロボット等の多関節アームロボット
の制御方式に関し、海洋マニプレータ、産業用ロボット
等に適用して有用なものである。

〈従来の技術〉 第４図は多関節アームとして回転関節が６個の６自由度
の多関節アームロボットの制御方式を示すブロック図で
ある。第４図において、１は操縦諾、２は作業座標系へ
の目標位置変換装置、３は制御演算装置、４は関節指令
値変換装置、５は多関節アームロボット、６は位置検出
温、７は作業座標系への位置変換装置、８は異常監視装
置である。

上記多関節アームロボット５の多関節アームの先端は、
各関節の物理的制限内で作業空間において任意の位置、
姿勢を取ることができる。この位置、姿勢をベクトルＸ
　（ｘ、、　ｘ２゜Ｘ、ｐ　Ｘ、、　！、、　！、）で
表わす。

上記制御方式では操縦＃１の出力信号１を変換装置２で
作業座標系での手先の目標位置、姿勢量に変換している
。一方、多関節アームの各関節角θ（θ１．θ２．θ３
．θ４．θ５．θ８）は位置検出器６で検出される。変
換装置７はＯを作業座標系における位置姿勢Ｘに変換す
る。演算装置３は（１）式及び（２）式により作業座標
系における手先の速度指令＼を出力する。

ΔＹ＝Ｘ−Ｘ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
文＝にΔＸ　　　　　　　　　・・・（２）（ｋは定数
） 関節指令値変換装置４は、（３）式及び（４）式により
関節の速度指令上を出力する。

−０＝Ｊ（θ）−Ｘ　　　　　　・・・（３）（Ｊ（θ
）はヤコビ行列） ）＝２．６　　　　　　　　　　・・・（４）（ｐは定
数） 速度指令Ｈにより、多関節アームの手先は、操作量Ｕに
比例した動作を行う。また、異常監視装置８は０を監視
し、ある関節の故障を発見すると、インターロック信号
を関節指令値変換装置４に出力する。変換装置４はそれ
によって多関節アーム　を停止させ、ロボットの暴走等
を防ぐ。

以上によって操縦器１を使って多関節アーム５に所望の
動きをさせることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来技術においては、関節のどれか
１つでも故障すると多関節アーム全体を停止させなけれ
ばならなかった。即ち、この場合には、多関節アームの
自由度が縮退しているため（３）式が成立せず、関節の
動きを制御できなくなって、作業継続ができない。さら
に、多関節アームの停止状態によっては、アームが邪魔
になってロボットを作業現場から移動させることができ
なくなるという不具合もある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、関節の１つ以上が故障
した場合でもある程度の作業の継続ができる多関節アー
ムロボットの制御方式を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明の構成は、故障した関節を固
定したときに、作業座標系でアームの位置、姿勢の内、
制御不能な要素を選び出す手段、それを表示する手段及
び作業座標系で制御可能な要素を実現するように選出し
た不能要素を変換して、手先の速度指令を修正する手段
を有することを特徴とする。

く作　　　用〉 上記構成の本発明によれば、多関節アームの１つ以上の
任意の関節が故障した場合にも、その関節を固定して不
能要素を変換し手先の速度指令を修正する。この結果、
関節が故障した場合でもある程度の作業の継続が可能に
なる。

く実　施　例〉 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。同図
に示すように、本実施例は、第４図に示す制御方式に、
スイッチ９．縮退制御演算装置１０．インターロック信
号設定器及び入出力ターミナル１２を追加するとともに
、第４図に示す制御方式の異常監視装置８の代わりに異
常診断装置１４を設けたものである。

かかる本実施例において、スイッチ９がＢ側接点を選択
しているときには従来技術と全く同様の制御を行なう。

一方、異常診断装置１４が各関節の故障を検出すると、
異常診断値Ｗ１４がこのことを検知してインターロック
信号設定器１１に信号を送出する。この結果、インター
ロック信号設定器１１は関節指令値変換装置４にインタ
ーロック信号を送出し、この関節指令値変換装置４を介
して多関節アームを一旦停止させる。同時に、スイッチ
９はＡ側接点に切り替わる。このとき、異常診断装置１
４はどの関節が故障したかを表わす信号りを縮退制御演
算装置１０に送出する。

上記信号りが入力される縮退制御演算装置１０の動作を
第２図に示す。同図に基づき縮退制御演算装置１１０の
動作を説明しておく。

故障した関節の数を（ｎ−ｍ　）個とする（ｍ＜６１゜
ｎはアームの自由度数でこの場合ｎ　＝　６である。

まず、故障した関節の速度指令を零とする。

δ　＝０　　　、（ｉＧＬ）　　　・・・［５）＃ｃｄ
＋の添字１の集合は前述のしになる。（３）式％式％） において、手先の速度指令文、　（ｘ、、、　ｘｅ２．
糺。。

妄。４．　ｘ、、　ｘ、。）の内、任意の（ｎ　−ｍ　
）　個（Ｄ成分を選び、これを添字ｄを付けてｘ　　（
ｊｄＪ は選んだ成分の添字）で表わす。次に（３）式の１行目
の等式を取り出し、（５）式を代入して、次の（６）式
を計算する。

”ｅｄ、＝　ｒ　（＃　、妥。、）　　　　　・・・（
６）（１≦ｊ、ａ≦６．　　ｊ（：Ｅ、　ａζ［）ここ
で、Ｅは選んだ−の添字Ｊの集合であｅｄノ る。文。の；。、成分を（６）式で置き換えたものをＸ
ｅとする。

ところで（ｎ−ｍ）個の任意の；ｃｃｄＪは必ずしも、
任意に選ぶことはできないので、以下の様に選ぶ。

文。の成分に制御したい優先順位をっけておく。例えば
アームの先端の姿勢より、位置の方が重要なので、位置
の成分に高い優先順位をつけておく。Ｘ、ｄＪは、この
優先順位ができるだけ低い方から（ｎ　−ｍ　）個選ば
れる。ただし、−を選べるかどうかの判定は次の様ｄＪ にする。

（３）式のＪ（θ）−１の１行及びＪ列成分を取り去っ
た行列Ｊ′を作り、 ｌＪ’１＝−０・・（７） のときは；ｃｃｄＪが計算できない特異状態であるとし
て、別の糺。の組み合せを選び、ＩＪ′１≠０なる場合
を探し出す。作業によって妄　を変ｄ４ 更したい場合は、入出刃ターミナル１２を使って変更す
る。この様にして計算した文　を関節指令値変換装置４
に出力する。この結果、関節指令値変換装置４では、 ｆｆ、　＝　Ｊ　（θ＞　ｌＸｃ・・・（３）′１（＝
ｐ・θ　　　　　　　　　・・・（４）′により関節の
速度指令Ｈを計算、出方する。

作業を継続する場合、インター四ツク信号設定器１１は
、縮退制御演算装置１０から信号を受はインターロック
を解除する。

例えば、第３図の様な６軸アームが、作業座標系で、入
口１５が狭くなったｘｙ平面に平行な２つの壁１６ａ、
１６ｂにはさまれた空間で作業するときに第６軸（＃６
）が故障した場合を説明する。このとき入口１５ばグリ
ップ１７の面を横Ｃｘｙ平面に平行）にしないと引っか
かってぬけない狭いすき間とする。

第３図に示す状態で＃６が故障すると、グリジブ１７は
ｘｙ平面に垂直なため、このまま、−Ｘ方向に引いても
ぬけない。そこで、先ず、グリップ１７を襟にする作業
を行なうため、”ｃｄＪ成分としてすき間の方向である
ｙ軸方向の位置に対応する成分ζを選ぶ。即ち、Ｊ６゜
≠０のとき によってｋｃｄ２を計算、＼を求める。ただし、ＪＩＪ
は５行列の１行」列成分を示す。

文に従ってアームを動作させると、アームの位置は作業
座標系で、ｘ、ｚ座標の位置が制御できｙ座標の位置が
成りゆきにまかせた動きになるが、入口１５に衝突しな
いでグリップ１７の面を横にする様、位置と姿勢を変え
る操作ができる。次に、−としてグリフｄ４ プ１７の姿勢の内、Ｚ軸回りの回転対応する成分妄、を
選ぶと、同様にして、グリップ１−７の面はＺ軸回９に
成り行きにまかせた回転をするが、ｘｙ平面に平行なま
まに操作することができ、アームを−Ｘ方向に引いてす
き間から引き出すことが可能となる。

以上６自由度の多関節アームについて述べてきたが、６
自由度以外の場合にも同様の構成を取ることができる。

ぐ発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明に
よれば関節の１つ以上が故障した場合でも、ある程度作
業の継続が可能なので、ロボットの信頼性を向上させる
ことができる。また、縮退した場合（自由度が減った場
合）に、各々に応じたヤコビ行列の理論式を求め直す必
要がなく、汎用性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図２よ本発明の実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の構成要素の縮退制御演算装置１０の動作を示す
フローチャート、第３図はアームとこれが故障したとき
の状態を概念的に示す説明図、第４図は従来技術を示す
ブロック図である。 １は操縦器、 ２！よ作業座標系への目標位置変換装置、３は制御演算
装置、 ４は関節指令値変換装置、 ５は多関節アームロボット、 ６は位置検出器、 ７ば作業座標系への位置変換装置、 ９はスイッチ、 １０は縮退制御演算装置、 １１はインターロック信号設定器、 １２は入出力ターミナル、 １４は異常診断装置である。 特　　許　　出　　願　　人 工業技術院長　飯　塚　幸　三 第１図 本究明の実施例 第２図 縮退制御演算装置のフロートチャート 第３図 作業例 第４図 従来例

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多関節アームを制御する制御方式において、１つ以上の
   任意の関節の故障を診断する手段と、故障した関節を固
   定する手段と、作業座標系でのアーム先端の位置及び姿
   勢の要素の内、制御不能とする要素を選択する手段と、
   制御可能な要素を実現するため、制御不能要素を変換し
   て手先の速度指令を修正する手段とを有することを特徴
   とする多関節アームロボットの制御方式。