JPS63313207A

JPS63313207A - ２腕協調ロボットシステムの力制御方式

Info

Publication number: JPS63313207A
Application number: JP62149431A
Authority: JP
Inventors: Makoto Araki; 誠荒木; Yoshiteru Nakamura; 中村　嘉輝
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1988-12-21

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】概要２腕協調ロボットシステムの力制御方式において、２台
のロボットで力・モーメントの調整が必要な組立作業等
を行なわせる場合、力センサを備えたロボットが制御サ
ンプリング周期毎に検出した力・モーメントを動作軸成
分に分割し、２台のロボットに予め指定された動作軸成
分を分担させて動作させることにより、より複雑な組立
作業等に対応できるようにしたものである。

力・モーメントを予め指定された動作軸成分に分割する
代−わりに、各軸の動作成分を予め指定された比率で分
割するようにしても良い。

産業上の利用分野本発明は２腕協調ロボットシステムの力制御方式に関す
る。

２つのロボットに協同しである作業を行なわせる２腕協
調ロボットシステムは、その作業能力が高いことが要求
されるが、それに伴って、ロボットの制御が複雑となり
ロボット自体の動作速度が遅くなるという傾向がある。

このため、作業速度（ロボット自体の動作速度）を下げ
ることなく、作業能力を高めることが必要とされている
。

従来の技術第４図は従来の２腕協調ロボツトのシステム構成図であ
り、カフィードバック制御ロボッｌ−１と位置制御ロボ
ット２１とにより構成されている。

カフィードバック制御ロボット１は多関節腕型ロボット
であり、手首部に力センサ２が設けられており、ハンド
３を有している。４はセンサ回路５とサーボ回路６とを
有するロボットの制御装置であり、センサ回路５が、力
センサ２に接続され、サーボ回路６がロボット１の各軸
を駆動するモータに接続されている。７は演算処理装置
■であり、プロセッサ８と、メモリ９と、Ａ／Ｄ変換器
１０と、インターフェイス回路１１と、通信回路１２と
を有しており、これらがシステムバス１３により相互に
接続されている。

位置＆Ｉ１ｍ＋ロボット２１も同様に多関節腕型ロボッ
トであり、腕先端にハンド２３を有している。

ロボット２１の制御装置２４はサーボ回路２６を含んで
おり、このサーボ回路２６がロボット２１の各軸を駆動
するモータに接続されている。２７は演算処理装置■で
あり、プロセッサ２８と、メモリ２９と、インターフェ
イス回路３１と通信回路３２とを含んでおり、これらが
システムバス３３により相互に接続されている。

４０は２腕の協調制御を司る管理コンピュータであり、
プロセッサ４１と、メモリ４２と、通信回路４３．４４
とを含んでおり、これらがシステムバス４５により相互
に接続されている。通信回路４３は、演算処理装置２７
の通信回路３２に接続されており、通信回路４４は演算
処理装置７の通信回路１２に接続されている。　・このような構成の２腕協調ロボットシステムである作業
をする場合には、それぞれのロボットは次のようにＩ）
ｌＩＩする。すなわら、位置制御腕型ロボット２１の先
端を指定された軌跡に沿うように移動させるためには、
演算処理装置２７の制御プロセッサ２８は所定の制御サ
ンプリング周期毎に次のような一連の演算を繰返し、ロ
ボット２１の各関節を駆動する。

■　次のサンプリング時刻における目標位置及び姿勢を
算出する・。

■　次目標位置・姿勢からロボットの各関節角を算出す
る。

■　前記関節角とその時点における関節角との差から関
節の駆動速度を求め、制御装置２４へ出力する。

これにより制御装置２４のサーボ回路２６はロボット２
１の各関節を駆動し、ロボットの先端を目標位置・姿勢
へ移動させる。

一方、力センサ２を備えたカフィードバック制御腕型ロ
ボット１の先端を指定された力・モーメントを加えなが
ら移動させるためには、演算処理装置７の制御ブロセツ
号８は所定の制御サンプリング周期毎に次のような一連
の演算を繰返し、ロボット１の各関節を駆動する。

■　力センサ２により検出されたロボット１の先端に加
わる力・モーメントと指定された力・モーメントとの差
からロボット先端の位置・姿勢の偏差を算出する。

■　位置・姿勢の偏差から次のサンプリング時刻におけ
る目標・位置姿勢を専用する。

■　次の目標位置・姿勢からロボットの各関節角を算出
する。

■　前記ｌｌ１ｒｒ１角とその時点におけるｌｌ１１節
角との差から関節の駆動速度を求め、制ｔ１１装置４へ
入力する。

これにより制ａｌｌ装置４のサーボ回路６はロボット１
の各関節を駆動してロボッｌ−の先端に指定された力・
モーメントを加えながら先端を目標位置へ移動させる。

このように従来の２腕協調ロボットシステムでは、片方
のロボット１がカフィードバック制御を行ない、他方の
ロボット２１は位置ｉ、ｌＪ　ＩＩＩを行なうというよ
うに、各々のロボットに別々のａ、制御を行なって協調
作業をさせていた。

発明が解決しようとする問題点従来の２腕協調ロボツトシスブムにおいて、作業内容に
よっては片方のロボットに力成分の制御を、他方のロボ
ットにモーメント成分の制御を担わせるなど、力・モー
メントのフィードバック制御成分を別々のロボットに分
担させたい場合がある。さらに、片方のロボットに力・
モーメント成分の何割かのｉ１１制御を、他方のロボッ
トには残りの割合い分の制御を担わせるなど、力・モー
メントのフィードバック制御成分をある比率で２分割し
、それぞれのロボットに対応する動作をさせたい場合が
ある。しかし、従来のυｊｔｌｌ方式は、一方のロボッ
トはカフィードバック制御をし、他方のロボットは位置
υＩｔｌｌだけをする制御方式であったため、このよう
な要求に答えることができず、より複雑な組立作業等に
対応できないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは、より複雑な組立作業等に対応でき
る２腕協調ロボットシステムの力υＩｔＸｌ方式を提供
することである。

問題点を解決するための　段第１ロボット１と第２ロボット２１とから構成される２
腕協調ロボットシステムにおいて、第１ロボット１に通
信回路５４を有する第１演算処理装置４７を接続し、第
２ロボット２１に通信回路７２を有する第２演算処理装
２６７を接続し、さらに第１及び第２演口処理装置４７
．６７同士をｍ記通信回路５４．７２を介して互いに接
続する。

力センサ２を備えた第１ロボット１が制御サンプリング
周期毎に検出する力・モーメント情報の対応動作を、前
記第１演算処理装置４７と第２演算処理装２！６７との
間で所定の軸成分に分割して演算させ、このＦｉ４算結
果に基づいて第１ロボット１及び第２ロボット２１をそ
れぞれ駆動するようにする。

本発明の他の態様によると、カレン蕾す２を備えた第１
ロボット１が制御サンプリング周期毎に検出する力・モ
ーメント情報の対応動作を、前記第１演筒処理装置４７
と第２演算処理装置６７との間で各軸成分毎に指定され
た比率で分割して演算させ、この演算結果に基づいて第
１ロボット１及び第２ロボット２１をそれぞれ駆動する
。

作　　　用このようにロボット１に接続された演算処理装置４７に
通信回路５４を設け、ロボット２１に接続された演算処
理装置６７に通信回路７２を設けて、演緯処理装ｆｆ１
４７．６７同士を通信可能に構成したので、ロボット１
の力センサ２が制御サンブリング周期毎に検出する力・
モーメント情報の対応動作を、２つの演算処理装置の間
で所定の軸成分に分割して演算させるか、あるいは各軸
成分毎に指定された比率で分割して演算させ、この演算
結果に基づいて第１ロボット１及び第２ロボット２１を
駆動することができる。

これにより、従来の２腕協調ロボットシステムでｔよ不
可能であったより複雑な組立作業等にも対応可能である
。

実　　施　　例以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
ることにする。

第１図は本発明の２腕協調ロボツトのシステム構成図を
示しており、第４図に示した従来の２腕協調ロボツトの
システム構成図と同一構成部分については同一符号を付
して説明する。

カフィードバック制御ロボット１は多関節腕型ロボット
であり、その手首部には力センサ２が取付けられていて
、先端にハンド３を有している。

制御装置４はセンサ回路５及びサーボ回路６を有してお
り、センサ回路５がロボット１の圧力センサ２に接続さ
れており、サーボ回路６がロボット１の各軸を駆動する
モータに接続されている。４７は演算処理装置工であり
、プロセッサ４８と、メモリ４９と、Ａ／Ｄ変換器５０
と、インターフェイス回路５１と、通信回路５２．５４
を有しており、これらがシステムバス５３により相互に
接続されて構成されている。

一方、位置９１　ｔｉｌｌロボット２１も同様に多関節
腕型ロボットであり、その先端にハンド２３を有してい
る。制御装置２４はサーボ回路２６を含んでおり、サー
ボ回路２６がロボット２１の各軸を駆動するモータに接
続されている。６７は演算処理装！ｆＩＩであり、プロ
セッサ６８と、メモリ６９と、インターフェイス回路７
１と、通信回路７２．７４とを含んでおり、これらがシ
ステムバス７３により相互に接続されて構成されている
。

演算処理装置４７と演算処理装置６７とは、各々に設け
られた通信回路５４．７２を介して相互通信が可能であ
る。

４０は２腕協１１Ｕｍを司る管理コンピュータであり、
プロセッサ４１と、メモリ４２と、通信回路４３．４４
を有しており、これらをシステムバス４５により相互に
接続して構成されている。管理コンピュータ４０と演筒
処理装Ｎ４７とは、通信回路４４．５２を介して通信可
能であり、管理コンピュータ４０と演算処理装置６７と
は、通信回路４３．７４を介して通信可能に構成されて
いる。

上述したように構成された２腕協調ロボットシステムに
おいて、２台のロボット１．２１にある組立作業を行な
わせようとする場合、ロボット１の先端に加わる力・モ
ーメントに対応するに動作軸（例えば回転成分３軸、モ
ーメント成分３軸）をどのように２台のロボット１．２
１に振分けるかを、演算処理装置４７あるいは管理コン
ピュータ４０により動作前に指定しておく。分割する軸
は力の３成分とモーメントの３成分という分類でなく、
自由に組合せて指定することができる。、２台のロボッ
トが協同作業をするとき、力センサ２を備えたロボット
１を制御する演算処理装置４７は、力センサ２により検
出した力・モーメントの情報に基づく対応する軸動作を
２分割する。一方の動作は演算処理装置４７自身で対応
し、その演算結果に基づいてロボット１を駆動し、他方
の動作は通信回路５４．７２を介して演算処理装置６７
に転送してそこで対応してもらい、その演算結果に基づ
いてロボット２１を駆動する。

第２図に上述した第１実施例の演算処理装置が行なう処
理のフローチャートを示す。演算処理装ＮＩは、ます力
・モーメントの軸分担指定を行い、演算処理装置■に通
知すると共に、計算開始を通知する。次いで動作パラメ
ータを計算し、動作開始を通知する。力センサ２により
力・モーメントの検出を行ない、演算処理装置工は通信
回路５４゜７２を介して演算処理装置■が分担する力・
モーメントの軸成分の転送を行なう。

次いでロボット１の先端に加わる力・モーメントのうち
自身が分担する軸成分と指定された軸成分との差から先
端位置・姿勢の偏差を算出する。

この位置・姿勢偏差から次のサンプリング時刻における
目標位置・姿勢を算出し、さらにこの目標位置・姿勢か
らロボットの各関節角を算出する。

次いで１サンプリング周期が終了したか否かを判断し、
タイミングをとってから、このようにして求めた関節角
とその時点における関節角との差から関節の角速度をｎ
出し、これに基づいて関節駆動速度を出力する。

演算処理装置Ｉは、力・モーメントの検出ステップから
関節駆動速度出力のステップまでをロボット１が目標位
置・姿勢へ到達するまで繰返す。

一方演算処理装置■は、演算処理装置工が計算開始をし
たのを確認してから自身の動作パラメータを計算し、次
いで８＃算処理装置工の動作開始を確認する。このよう
な処理をした後、演算処理装置■は通信回路５４．７２
を介して自身で分担する力・モーメントの軸成分を受取
り、この軸成分について上述した演算処理装置ｔＩと同
様なステップを経て関節駆動速度を出力する。演算処理
装置■は、軸成分の受取りステップから関節駆動速度の
出力ステップまでをロボッ１−２１の先端が目標位置・
姿勢へ到達するまで行なう。

第３図は本発明の第２実施例の７０−チ１？−トであり
、第２図に示した第１実施例と相違するところは、演算
処理装置工が力・モーメントの各軸成分について比率分
担指定を行ない、この比率に基づいて演算処理装置■が
担当すべき力・モーメントの各軸成分の割合いを通信回
路５４．７２を介して転送している点である。他の処理
ステップは第２図に示した第１実施例のフローチャート
と同様であるので、その説明を省略する。

すなわち、この第２実施例においては、２台のロボット
１，２１がある組立作業をする場合、ロボット１先端に
加わる力・モーメントに対応する２台のロボットが分担
する動作の比率を何割にするか動作前に指定しておく。

指定の仕方は、例えばロボット１は力のＸ軸方向成分を
７割、Ｙ＠方向成分を２割、Ｚ軸方向成分を１０割とい
うように指定する。ロボット′２１はその残りの割合い
となる。２台のロボット１．２１が協働作業をするとき
、力センサ２を備えたロボット１を制御する演算処理装
Ｍ４７は、力センサ２が検出した力・モーメント情報に
基づく対応する軸動作を指定された比率で２分割する。

一方の動作は自身で対応し、その演算結果に基づいてロ
ボット１を駆動し、他方の動作は演算処理装置６７に転
送してそこで対応させ、その演算結果に基づいてロボッ
ト２１を駆動する。

発明の効果本発明の２腕協調ロボットシステムのｈｉＩＩＩｇｆＪ
方式は以上詳述したように構成したので、力センサを備
えないロボットまでも力制御することにより、従来の制
御方式では不可能であったより複雑な組立作業等にも対
応できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２腕協調ロボツトのシステム構成図、第２図は本発明の第１実施例の演算処理装置が行なう処
理のフローチャ−ト、第３図は本発明の第２実施例の演算処理装置が行なう処
理のフローチャート、第４図は従来の２腕協調ロボツトのシステム構成図であ
る。１・・・カフィードバック制御長１３ｏｆＩＪ腕型ロボ
ット、２・・・力センサ、　　　３，２３・・・ハンド
、２１・・・位置制御多関節腕型ロボット。 −一；／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）手首部に力センサ（２）を備え、ロボット先端に
指定された力・モーメントを加えながら該先端を移動さ
せる力フィードバック制御を行なう第１ロボット（４）
と、ロボット先端の位置・姿勢を指定された軌跡に沿う
ように、移動させる位置制御を行なう第２ロボット（２
１）とから構成される２腕協調ロボットシステムにおい
て、第１ロボット（１）に通信回路（５４）を有する第１演
算処理装置（４７）を接続し、第２ロボット（２１）に通信回路（１２）を有する第２
演算処理装置（６７）を接続し、該第１及び第２演算処理装置（４７、６７）同士を前記
通信回路（５４、７２）を介して接続すると共に、力セ
ンサ（２）を備えた第１ロボット（１）が制御サンプリ
ング時期毎に検出する力・モーメント情報の対応動作を
、前記第１演算処理装置（４７）と第２演算処理装置（
６７）との間で所定の軸成分に分割して演算させ、該演算結果に基づいて第１及び第２ロボット（１、２１
）を駆動することを特徴とする２腕協調ロボットシステ
ムの力制御方式。
（２）手首部に力センサ（２）を備え、ロボット先端に
指定された力・モーメントを加えながら該先端を移動さ
せる力フィードバック制御を行なう第１ロボット（１）
と、ロボット先端の位置・姿勢を指定された軌跡に沿う
ように移動させる位置制御を行なう第２ロボット（２１
）とから構成される２腕協調ロボットシステムにおいて
、第１ロボット（１）に通信回路（５４）を有する第１演
算処理装置（４７）を接続し、第２ロボット（２１）に通信回路（７２）を有する第２
演算処理装置（６７）を接続し、該第１及び第２演算処理装置（４７、６７）同士を前記
通信回路（５４、７２）を介して接続すると共に、力セ
ンサ（２）を備えた第１ロボット（１）が制御サンプリ
ング周期毎に検出する力・モーメント情報の対応動作を
、前記第１演算処理装置（４７）と第２演算処理装置（
６７）との間で各軸成分毎に指定された比率で分割して
演算させ、該演算結果に基づいて第１及び第２ロボット（１、２１
）を駆動することを特徴とする２腕協調ロボットシステ
ムの力制御方式。