WO2003068464A1 - Procede de commande d'entrainement et controleur d'entrainement - Google Patents

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WO2003068464A1
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driven member
drive control
estimated
deviation
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Tetsuhiko Nishimura
Masatoshi Sano
Yoshinori Kegasa
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Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061—Avoiding collision or forbidden zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1651—Programme controls characterised by the control loop acceleration, rate control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37624—Detect collision, blocking by measuring change of velocity or torque
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49162—On collision, obstruction reverse drive, accelerate, cancel inertia

Definitions

  • the present invention relates to a drive control method and a drive control device, and more particularly to a method for detecting a collision of a driven member.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-2083994 proposes a method for detecting a collision based on disturbance of a signal of a torque sensor attached to a motor for driving a lopot arm.
  • Japanese Patent Application Publication No. 666893 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 11-110490 disturbance torque received by a servomotor driving a lopot arm by an observer is estimated, and an obstacle is determined based on the estimated disturbance torque.
  • a method for detecting a collision with a vehicle has been proposed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-222964 discloses a method of controlling a robot based on a method of detecting a collision based on a deviation between a position of a movable part and an actual position instructed by a robot controller.
  • a method has been proposed in which a theoretical position deviation is calculated based on the delay time of the system, and a collision is detected based on a comparison result between the theoretical position deviation and an actual position deviation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-143780 discloses that when a collision is detected, torque is applied to the motor in a direction opposite to the driving direction. In addition, we propose a method to reduce the time from collision detection to the stop of the robot collision.
  • the applicant of the present application calculates the theoretical torque from the Lopot's equation of motion, and then calculates the theoretical current value of the theoretical torque-driven servo motor.
  • a drive control method and a drive control device that determine that a collision has occurred have already been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-111176). ).
  • the present invention has been made in view of the problems of the related art, and provides a drive control method and a drive control device capable of accurately detecting a collision of a driven member driven by a drive device in a robot or the like with a simple configuration. Its primary purpose is to provide.
  • a second object of the present invention is to provide a drive control method and a drive control device that can minimize damage to members caused by a collision.
  • a drive control method is provided.
  • the drive control device controls the driven member to move via the drive device, and in the drive control method or the drive control device that detects the collision of the driven member, the drive control device calculates the estimated deviation from the actual speed of the driven member.
  • a collision of the driven member is detected based on a certain estimated speed deviation or an estimated acceleration deviation that is an estimated deviation from the actual acceleration of the driven member.
  • collision means a collision between the driven member and another member.
  • the collision is detected based on the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation, so that the detection accuracy can be improved while simplifying the configuration of the drive control device.
  • the collision processing means is provided, the time required for mounting the control target device can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to solve the equation of motion, the time required for collision detection can be reduced.
  • the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation may be obtained based on a position command for moving the driven member and a detected value of the position of the driven member.
  • both the estimated speed deviation and the estimated acceleration deviation are obtained, and the collision is determined by determining that the collision has occurred when any of the estimated speed deviation and the estimated acceleration deviation exceeds a respective threshold. May be detected. With this configuration, the collision can be detected more accurately.
  • the position command value is subjected to fill processing having a time constant equivalent to the time constant of the driven member in the control via the driving device, thereby estimating the driven member.
  • the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation may be obtained based on the obtained estimated position and the detected value of the position of the driven member.
  • a collision process for moving the driven member in a direction opposite to that before the collision may be further performed based on the detection of the collision.
  • damage to the member caused by the collision can be minimized.
  • the device to be controlled can be quickly restarted.
  • a second position command may be generated and used in the control in place of the first position command.
  • the movement of the driven member is further controlled to maintain the current operation.
  • the maintenance of the current operation of the driven member is stopped by the control. Thereafter, the driven member may be moved in the opposite direction as before the collision. With this configuration, in the case where the driven member involves a pressing operation, the driven member can be quickly moved backward after the collision.
  • the device to be controlled is a robot drive control device or a drive that is a robot having the driven member as an end effector and the drive device. It consists of a control method. With such a configuration, the present invention can be applied to robot control.
  • the arm of the lopot includes a plurality of the driving devices, an end effector and a link, and the driving device and the link are alternately connected from a base end to a tip end, and are closest to the tip end.
  • the end effector is configured to be connected to the driving device connected to the link that is located, and a portion of the arm that is located on the distal end side from each driving device forms the driven member of each driving device. May be.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of hardware of a robot which is a device to be controlled by a drive control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the control of the drive control device according to the present embodiment with the lopot of FIG. It is a block diagram which shows the structure of a control system.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the drive control device in FIG. 2 [Best Mode for Carrying Out the Invention]
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a hardware configuration of a mouth port which is a device to be controlled by a drive control device according to an embodiment of the present invention.
  • lopots are schematically shown using graphic symbols representing motor functions.
  • the robot 1 has first, second, and third axes 2, 3, and 4 that are rotation axes, and fourth, fifth, and sixth axes 5, 6, that are rotation axes.
  • the arm 8 has a 6-8 degree of freedom, and an end effector 9 as a driven member such as a hand or a welding tool is attached to a tip portion of the arm 8.
  • Each of the axes 2, 3, 4, 5, 6, 7 of the arm 8 is driven by a servo mechanism including a support motor (not shown).
  • the arm 8 has a plurality of (here, 7) links 10 1 to: L 07 are connected by the rotation axes 2, 3, 4 or the rotation axes 5, 6, 7 to be at the forefront.
  • the end effector 9 is configured to be connected to the located link 107. Then, the rotating shafts 2, 3, and 4 relatively rotate the two links connected to each other around their axes. Further, the pivot shafts 5, 6, and 7 relatively rotate two links connected to each other around an axis orthogonal to their axis. This makes it possible for the end effector 9 of the arm 8 to move in a three-dimensional direction within a predetermined range and to change its posture.
  • "a member moves” means "it moves or its posture changes”.
  • the symbol G in FIG. 1 indicates an obstacle.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system between the lopot of FIG. 1 and the drive control device according to the present embodiment.
  • the drive control device 10 includes collision processing means 20.
  • the drive control device 10 controls the movement of the arm 8 via the servo mechanism of the robot 1.
  • This drive control device 10 has the same configuration as a normal robot controller except that it has collision processing means 20. Have been.
  • the main body of the drive control device 10 is configured by a computer.
  • the support mechanism is constituted by a servomotor provided on each of the rotating shafts 2, 3, 4 or the rotating shafts 5, 6, 7 in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the drive control device shown in FIG. 2.
  • a drive control device 10 'constitutes a service mechanism of the mouth pot 1 shown in FIG.
  • a plurality of (6 in the present embodiment) ServoMount M is provided for each.
  • the drive control device 10 shown in FIG. 2 includes the drive control devices 10 ′ shown in FIG.
  • an arithmetic unit for performing various operations (subtraction, differentiation, integration, etc.) shown in FIG. 3 is realized by software stored in a computer constituting the main body of the drive control device 10.
  • these arithmetic units may be realized by hardware such as an electric circuit.
  • the drive control device 10 includes an encoder 28 (position detector), a third differentiator 29, a second calculator (position deviation calculator) 32, a first proportional unit 33, Third computing unit (speed deviation calculator) 34, second proportional unit 35, third proportional unit 36, integrator 37, fourth computing unit 38, collision processing Means 20.
  • the collision processing means 20 includes a switching switch 31 as described later.
  • the changeover switch 31 has an external position command value (the value of the first position command) from the drive control device 10 shown in FIG. 2 and an internal position command value (the first position command value) from the internal position command value generator 30 described later. 2), and the switching switch 31 switches and outputs the inputted external position command value and internal position command value based on a collision detection signal described later.
  • encoder 28 is connected to the spindle of Servomotor M, and this encoder 28 Detects the rotation angle (detection position: hereinafter referred to as encoder value) of the servo motor M from the reference position (reference angle).
  • This encoder value is the position of the driven member of the sub-portion M (the distal end of the arm 8 of the port 1 in FIG. 1 with respect to the rotation axis or the rotation axis corresponding to the sub-portion M). Part).
  • This encoder value is differentiated by a third differentiator 29 to calculate an actual speed (actual speed: hereinafter, referred to as a feedback speed).
  • the encoder value and an external position command value or an internal position command value (hereinafter, simply referred to as a position command value) output from the switching switch 31 are input to a second computing unit 32, and a second
  • the calculator 32 subtracts the encoder value from the position command value to calculate a position deviation.
  • the first proportional unit 33 multiplies this position deviation by a predetermined value and converts it to speed.
  • the third calculator 34 subtracts the feedback speed output from the third differentiator 29 from the converted speed (hereinafter, referred to as a conversion speed) to calculate a speed deviation.
  • the second proportional unit 35 multiplies this speed deviation by a predetermined value and converts it into a current command value (hereinafter referred to as a primary current command value).
  • the primary current command value is multiplied by a predetermined value by the third proportional unit 36 to generate a corrected current command value.
  • the integrator 37 integrates this corrected current command value.
  • the fourth computing unit 38 adds the current value (hereinafter, referred to as an integral current command value) integrated by the integrator 37 and the primary current command value.
  • the current command value added by the fourth calculator 38 is input to the thermometer M as a command current command value.
  • the primary current command value and the integrated current command value are added to obtain the command current value in order to maintain the current operation of the end effector 9. That is, the integrator 37 functions as a current operation maintaining instruction value generator. By setting this command value to zero, the maintenance of the current operation is stopped.
  • the first proportional unit 33 is the same as a proportional unit used in a normal robot controller that converts a position command value into a speed
  • the second proportional unit 35 is a normal robot controller. It is the same as a proportional device that converts the conversion speed used in the controller to a current command value.
  • the collision processing means 20 ′ has a time constant equivalent to that of the mouth port 1, and is provided with a filter (estimated position calculator) 21 which filters an external position command value input from the drive control device 10.
  • the first differentiator (estimated speed calculator) 22 that calculates the speed (hereinafter referred to as the estimated speed) by differentiating the external position command value (hereinafter referred to as the estimated position) that has been processed
  • the first arithmetic unit (estimated speed deviation calculator) 23 that calculates the estimated speed deviation by subtracting the feedback speed output from the third differentiator 29 from the speed, and the estimated speed deviation sets the threshold value
  • a first determiner 24 for determining whether or not the difference has been exceeded
  • a second differentiator (estimated acceleration deviation calculator) 25 for differentiating the estimated speed deviation to calculate an estimated acceleration deviation
  • Second decision unit 2 that decides whether the estimated acceleration deviation exceeds the threshold 6, an OR circuit 27 to which signals from the first and second decision units 24 and 26 are inputted, and an encoder value which is recorded and, if necessary, a position command value from the recorded encoder value.
  • an internal position command value to which signals from the first and second decision units 24 and 26 are inputted, and an encoder value which is
  • the OR circuit 27 outputs an ON signal (collision detection signal) when the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation exceeds the threshold, and the output signal is output from the integrator 37 and the internal position command value generation. It is input to the section 30 and the switching switch 31.
  • the reason for using the estimated acceleration deviation is to enable early detection of the collision because the effect of the collision appears in the acceleration change faster than the speed change.
  • the integrator 37 clears its integrated value. That is, the command value of the current operation maintenance command value generator is set to zero. This allows
  • the internal position command value generator 30 receives the collision detection signal from the R circuit 27. When input, it outputs a position command value that reverses the stored position. That is, a position command value for causing the arm 8 of the robot 1 to perform the backward movement is generated.
  • the stored position data is the position data in the latest predetermined time range.
  • the switching switch 31 switches the position command value from the external position command value to the internal position command value.
  • drive control device 10 ′ configured as described above.
  • an external position command value is output from drive control 10. Then, in a normal state, the collision detection signal is not output as described later, so that the switching switch 31 outputs the external position command value.
  • This external position command value is transferred to the second computing unit 32, the first proportional unit 33, the third computing unit 34, the second proportional unit 35, the third proportional unit 36, the integrator 3 7, and the fourth computing unit 38 generate the indicated current value using the encoder value output from the encoder 28 and the feedback speed, which is a derivative thereof, and input this to the thermometer M .
  • the feedback control of the servo motor M is performed based on the external command value.
  • the movement of the arm 8 of the mouth port 1 is controlled by the drive control device 10 via the servo mechanism.
  • the external position command value is input to the filter 21 and converted into an estimated position.
  • the first differentiator 22 differentiates this estimated position to calculate an estimated speed. Using this estimated speed and the aforementioned feedback speed, the first computing unit 23 calculates an estimated speed deviation.
  • a second differentiator 25 differentiates the estimated speed deviation to calculate an estimated acceleration deviation. Then, the first determiner 24 determines whether or not the calculated estimated speed deviation exceeds a threshold.
  • arm 8 of robot 1 operates so as to follow the external command value. Therefore, the estimated speed deviation is small. Therefore, the first decision unit
  • Step 24 determines that the estimated speed deviation does not exceed the threshold.
  • the second determiner 26 determines whether or not the calculated estimated acceleration deviation exceeds a threshold value.Here, the arm 8 of the robot 1 operates so as to follow the external command value. Therefore, the estimated acceleration deviation is small. Therefore, the second determiner 26 determines that the estimated acceleration deviation does not exceed the threshold. Therefore, the OR circuit 27 does not output the collision detection signal.
  • the operation at the time of a collision will be described.
  • the end effector 9 of the mouth port 1 collides with the obstacle G.
  • the arm 8 since the arm 8 does not follow the external command value, the estimated speed deviation calculated by the first computing unit 23 and the estimated acceleration deviation calculated by the second differentiator 25 become large. Therefore, first determiner 24 determines that the estimated speed deviation exceeds the threshold.
  • the second determiner 26 determines that the estimated acceleration deviation exceeds the threshold.
  • the OR circuit 27 outputs a collision detection signal.
  • the collision detection signal is input to the integrator 37, and the output of the integrator 37 becomes zero, thereby reducing the pressing force on the obstacle G by the end effector 9 of the mouth port 1 Is done. Further, the collision detection signal is an internal position command value generation unit.
  • the collision detection signal is input to the switch 31 and the switch 31 outputs the internal command value.
  • the satellite M moves in the opposite direction to that before the collision.
  • the end effector 9 of the mouth port 1 quickly retreats and quickly leaves the obstacle G.
  • the collision occurs when the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation exceeds the threshold value, so that the detection is performed while simplifying the configuration of the drive control device 10.
  • the accuracy can be improved, and the time required for mounting the collision processing means 20 on the robot can be shortened. Also, since it is not necessary to solve the equation of motion, the time required for collision detection can be reduced.
  • the integrator 37 is cleared simultaneously with the collision detection Since the maintenance of the movement toward the obstacle G on the evening of the evening 9 is stopped, the robot 1 can quickly retreat after the collision. In addition, since the mouth robot 1 is caused to retreat after the collision, the robot 1 can be restarted quickly.
  • the collision processing means 20 ′ is provided for each of the support motors M, The mouth port 1 operates in the same manner as described above even when a portion of the arm 8 of the robot 1 on the tip side of the link 102 collides with the obstacle G.
  • the present invention has been described based on the above embodiments, but the present invention is not limited to only these embodiments, and various modifications are possible.
  • the collision detection is performed using both the estimated speed deviation and the estimated acceleration deviation.
  • the collision detection may be performed based on either the estimated speed deviation or the estimated acceleration deviation. In that case, the configuration of the drive control device is further simplified.
  • the drive control device according to the present invention is useful as a robot controller.
  • the drive control method according to the present invention is useful as a drive control method for a mouth pot.

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Description

明 細 書
駆動制御方法及び駆動制御装置
〔技術分野〕
本発明は駆動制御方法及び駆動制御装置に関し、 特に、 被駆動部材の 衝突を検知するものに関する。
〔技術背景〕
従来より、 産業用ロボッ 卜が作業を行う際のロポッ 卜の可動部分と障 害物との衝突を検出する技術に関し、 さまざまな提案がなされている。 例えば、 特開平 5 — 2 0 8 3 9 4号公報では、 ロポッ トのアームを駆動 するモータに取付けたトルクセンサの信号の乱れから衝突を検出する方 法が提案されており、 特開平 8 — 6 6 8 9 3号公報及び特開平 1 1 一 7 0 4 9 0号公報では、 オブザーバによってロポッ トアームを駆動するサ ーポモータが受ける外乱トルクを推定し、 この推定された外乱トルクに 基づいて障害物との衝突を検出する方法が提案されている。 また、 特開 平 8 — 2 2 9 8 6 4号公報では、 ロボッ トコントローラから指令される 可動部分の位置と実際の位置との偏差に基づいて衝突を検出する方法に 関し、 ロポッ 卜の制御系の遅れ時間に基づいて理論上の位置偏差を算出 し、 この理論上の位置偏差と実際の位置偏差との比較結果から衝突を検 出する方法が提案されている。
一方、 衝突が検出された後の処置に関しては、 特開平 7 — 1 4 3 7 8 0号公報が、 衝突が検出されたときにモー夕に対して駆動方向と逆向き のトルクを加えることによって、 衝突検出からロボッ トの衝突部分が停 止するまでの時間を短縮する方法を提案している。
このように、 従来より、 ロボッ トの可動部分と障害物との衝突を検出 する技術及び衝突検出後にロボッ トの衝突部分を停止させる技術に関し さまざまな提案がなされているが、 これら従来技術においてもなお衝突 により発生する各部材の損傷の程度を抑制する点に関し充分に考慮され ているとはいえない。 というのは、 衝突を検出してロボッ トを停止させ るだけでは、 ロポッ トの可動部分が障害物に押付けられた状態が一定時 間維持されるため、 衝突の衝撃を緩和することができず、 衝突によって 発生する各部材の損傷を最小限のものに抑制することは困難であるから である。
かかる従来から提案されている技術の問題点を解決すべく、 本件出願 人はロポッ トの運動方程式より理論トルクを算出し、 ついでその理論ト ルクょりサーポモータの理論電流値を算出し、 その理論電流値と実電流 値との差が閾値を超えた場合、 衝突したとする駆動制御方法及び駆動制 御装置を既に提案している （特開 2 0 0 1 — 1 1 7 6 1 8号公報） 。
しかしながら、 本件出願人の先の提案においては、 口ポッ トごとに運 動方程式を作成して解かなければならないが、 それにはかなりの時間を 要するという問題がある。 この問題は、 口ポッ トの用途が多様化して口 ポッ トの機種が増大しているため深刻化してきている。
また、 サーポモータの理論電流値と実電流値との差が閾値を超えた場 合に衝突したとしているため、 ロボッ トアームの関節などに充填されて いるグリースなどの潤滑剤の粘度の季節的な影響を受けやすいという問 題もある。 例えば、 冬季にグリースの粘度が著しく上昇する地域にあつ ては、 衝突していなくてもサ一ボモータの理論電流値と実電流値との差 が閾値を超えてしまうため、 衝突と誤検出されるという問題もある。 〔発明の開示〕
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、 ロボッ トなどにおける駆動装置により駆動される被駆動部材の衝突を簡易な構 成により精度良く検出できる駆動制御方法及び駆動制御装置を提供する ことを第 1の目的としている。
また、 本発明は、 衝突によって発生する部材の損傷を最小限に留める ことができる駆動制御方法及び駆動制御装置を提供することを第 2の目 的としている。
そして、 これらの目的を達成するために、 本発明に係る駆動制御方法 又は駆動制御装置は、駆動装置を介して被駆動部材を動かすよう制御し、 前記被駆動部材の衝突を検知する駆動制御方法又は駆動制御装置におい て、 前記被駆動部材の実速度に対する推定偏差である推定速度偏差又は 前記被駆動部材の実加速度に対する推定偏差である推定加速度偏差に基 づいて該被駆動部材の衝突を検知する。 ここで、 「衝突」 とは被駆動部 材と他の部材との衝突をいう。 かかる構成とすると、 推定速度偏差又は 推定加速度偏差に基づいて衝突を検知するので、 駆動制御装置の構成を 簡素化を図りながら検出精度の向上を図ることができる。 また、 衝突処 理手段を備える場合に、 その制御対象装置への実装に要する期間を短縮 できる。 さらに、 運動方程式を解く必要がないので、 衝突検知に要する 時間を短縮できる。
前記衝突検知では、 前記被駆動部材を動かすための位置指令と前記被 駆動部材の位置の検出値とに基づいて前記推定速度偏差又は前記推定加 速度偏差を得てもよい。
また、 前記衝突検知では、 前記推定速度偏差及び前記推定加速度偏差 の双方を得、 かつ該推定速度偏差及び推定加速度偏差のいずれかが各々 の閾値を越えたとき衝突と判定することにより前記衝突を検知してもよ い。 かかる構成とすると、 より的確に衝突を検知することができる。
また、 前記衝突検知では、 前記駆動装置を介した制御における前記被 駆動部材の時定数と同等の時定数を有するフィル夕によって前記位置指 令値をフィル夕処理することにより前記被駆動部材の推定位置を取得し. 該取得した推定位置と前記被駆動部材の位置の検出値とに基づいて前記 推定速度偏差又は前記推定加速度偏差を得てもよい。
また、 前記衝突の検知に基づいて、 前記被駆動部材を前記衝突の前と 逆に動かす衝突処理をさらに行ってもよい。 かかる構成とすると、 衝突 によって発生する部材の損傷を最小限に留めることができる。 また、 制 御対象の装置を迅速に再起動することができる。
また、 前記制御では、 第 1の位置指令に基づき前記駆動装置を介して 前記被駆動部材の動きを制御し、 前記衝突処理では、 前記被駆動部材の 位置を逐次記憶し、 前記衝突を検知すると、 前記記憶された被駆動部材 の位置を時間軸上で逆に並べた第 2の位置指令を生成しこれを前記制御 において前記第 1 の位置指令に代えて用いてもよい。
また、 前記制御では、 さらに現在動作を維持するよう前記被駆動部材 の動きを制御し、 前記衝突処理では、 前記衝突を検知すると、 前記制御 による前記被駆動部材の現在動作の維持を停止させた後、 該被駆動部材 を前記衝突の前と逆に動かしてもよい。 かかる構成とすると、 被駆動部 材が押し付け動作を伴う場合において、 衝突後における被駆動部材の後 退動作を迅速に行うことができる。
また、 本発明に係る駆動制御方法又は駆動制御装置は、 前記制御の対 象となる装置がェンドエフエクタとしての前記被駆動部材と前記駆動装 置とを有するロボッ トであるロポッ ト駆動制御装置又は駆動制御方法か らなる。 かかる構成とすると、 本発明をロボッ トの制御に適用すること ができる。
また、 前記ロポッ 卜のアームが複数の前記駆動装置とェンドエフエク 夕及びリ ンクとを有し、 基端から先端に向けて前記駆動装置と前記リ ン クとが交互に接続されかつ最も先端側に位置する前記リ ンクに接続され た前記駆動装置に前記ェンドエフエクタが接続されるように構成され、 前記アームの各駆動装置より先端側に位置する部分が該各駆動装置の前 記被駆動部材を構成してもよい。 かかる構成とすると、 本発明をアーム を有する口ポッ トの制御に適用することができる。
上記目的、 他の目的、 特徴、 及び利点は、 添付図面参照の下、 以下の 好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
〔図面の簡単な説明〕
第 1図は本発明の実施の形態に係る駆動制御装置の制御対象装置であ るロポッ 卜のハー ドウエアの構成を示す模式図である。
第 2図は第 1図のロポッ 卜と本実施の形態に係る駆動制御装置との制 御系統の構成を示すブロック図である。
第 3図は第 2図の駆動制御装置の詳細な構成を示すブロック図である t 〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら説明する。 (実施の形態）
第 1図は本発明の実施の形態に係る駆動制御装置の制御対象装置で ある口ポッ トのハードウェアの構成を示す模式図である。 第 1図では、 ロポッ トが運動機能を表す図記号を用いて模式的に示されている。
第 1図において、 このロボッ ト 1は、 回転軸である第 1、 第 2及び第 3の軸 2 、 3 、 4と、 旋回軸である第 4、 第 5及び第 6の軸 5 、 6 、 7 の 6自由度のアーム 8を有する構成とされており、 またこのアーム 8の 先端部分にはハンドや溶接ツールなどの被駆動部材としてのエンドェ フエクタ 9が装着されている。そして、アーム 8を構成する各軸 2 、 3 、 4、 5 、 6 、 7は、 図示省略するサ一ポモータを含むサーボ機構により 駆動される構成とされている。 具体的には、 アーム 8は、 複数 （ここで は 7 ) のリ ンク 1 0 1〜 ： L 0 7が回動軸 2 、 3 、 4又は旋回軸 5 、 6 、 7で連結され最先端に位置するリンク 1 0 7にエンドエフェク夕 9が 接続されるように構成されている。 そして、 回動軸 2 、 3 、 4は、 自身 が連結する 2つのリンクをそれらの軸心の回りに相対的に回動させる。 また、 旋回軸 5 、 6 、 7は、 自身が連結する 2つのリンクをそれらの軸 心に直交する軸の回りに相対的に回動させる。 これにより、 アーム 8の エンドェフエクタ 9が所定範囲で 3次元方向に移動しかつ姿勢を変化 させることが可能となっている。 なお、 本明細書において、 ある部材が 「動く」 とは、 「それが移動し又はその姿勢が変化する」 ことをいう。 また、 第 1図中の符号 Gは障害物を示す。
第 2図は第 1図のロポッ 卜と本実施の形態に係る駆動制御装置との 制御系統の構成を示すブロック図である。
第 2図に示すように、 この駆動制御装置 1 0は衝突処理手段 2 0を備 えており、 ロボッ ト 1のサーボ機構を介してアーム 8の動きを制御する, この駆動制御装置 1 0は、 衝突処理手段 2 0を備えている他は、 通常の ロボッ トコントローラと同様の構成とされている。 また、 駆動制御装置 1 0の本体はコンピュータで構成されている。 本実施の形態では、 サ一 ポ機構は、 第 1図の回動軸 2 、 3 、 4又は旋回軸 5 、 6 、 7の各々に設 けられたサーポモータで構成されている。
第 3図は第 2図の駆動制御装置の詳細な構成を示すプロック図である, 第 3図において、 駆動制御装置 1 0 ' は、 第 2図の口ポッ ト 1のサー ポ機構を構成する複数 （本実施の形態では 6 ) のサーポモ一夕 Mの各々 に対応して設けられている。 従って、 第 2図の駆動制御装置 1 0は、 第 3図の駆動制御装置 1 0 ' をサーポモータ Mの数だけ備えている。また、 第 3図に示される各種演算 （減算、 微分、 積分等） を遂行する演算器は 駆動制御装置 1 0の本体を構成するコンピュータに格納されたソフ ト ウェアによって実現されている。 もちろん、 これらの演算器を電気回路 等のハードウェアによって実現しても構わない。
駆動制御装置 1 0 ' はエンコーダ 2 8 (位置検出器） と、 第 3の微分 器 2 9 と、 第 2の演算器 （位置偏差算出器） 3 2と、 第 1の比例器 3 3 と、 第 3の演算器 （速度偏差算出器） 3 4と、 第 2の比例器 3 5と、 第 3の比例器 3 6と、 積分器 3 7と、 第 4の演算器 3 8 と、 衝突処理手段 2 0， とを備えている。
まず、 駆動制御装置 1 0 ' の衝突処理手段 2 0 ' 以外の部分の構成を 説明する。 衝突処理手段 2 0 ' は後述するように、 切換スィッチ 3 1を 備えている。 切換スィッチ 3 1には第 2図の駆動制御装置 1 0からの外 部位置指令値 （第 1の位置指令の値） と後述する内部位置指令値生成部 3 0からの内部位置指令値 （第 2の位置指令の値） とが入力され、 切換 スィッチ 3 1は、 この入力された外部位置指令値と内部位置指令値とを 後述する衝突検知信号に基づき切り換えて出力する。 一方、 サーポモー 夕 Mの主軸にはエンコーダ 2 8が連結されており、 このエンコーダ 2 8 はサーボモー夕 Mの基準位置（基準角）からの回転角（検出位置 ： 以下、 エンコーダ値という） を検出している。 このエンコーダ値はサ一ボモ一 夕 Mの被駆動部材 （第 1図の口ポッ ト 1のアーム 8の、 当該サ一ポモ一 タ Mに対応する回動軸又は旋回軸より先端側に位置する部分） の位置に 対応している。 このエンコーダ値を第 3の微分器 2 9が微分して実際の 速度（実速度 ： 以下、 フィードバック速度という） を算出する。そして、 前記エンコーダ値と切換スィッチ 3 1から出力される外部位置指令値 又は内部位置指令値 （以下、 単に位置指令値という） とが第 2の演算器 3 2に入力されており、 第 2の演算器 3 2は位置指令値からエンコーダ 値を減算して位置偏差を算出する。 この位置偏差を第 1の比例器 3 3が 所定倍して速度に変換する。 第 3の演算器 3 4は、 この変換された速度 (以下、 変換速度という） から、 第 3の微分器 2 9から出力されるフィ ードバック速度を減算して、 速度偏差を算出する。 この速度偏差を第 2 の比例器 3 5が所定倍して電流指令値 （以下、 一次電流指令値という） に変換する。 この一次電流指令値を第 3の比例器 3 6が所定倍して修正 電流指令値を生成する。 この修正電流指令値を積分器 3 7が積分する。 この積分器 3 7により積分された電流値 （以下、 積分電流指令値とい う） と一次電流指令値とを第 4の演算器 3 8が加算する。 この第 4の演 算器 3 8により加算された電流指令値が指示電流指令値としてサーポ モー夕 Mに入力される。 ここで、 一次電流指令値と積分電流指令値とを 加算して指示電流値とするのは、 エンドエフェク夕 9に対する現在動作 の維持をさせるためである。 すなわち、 積分器 3 7は、 現在動作維持指 令値生成器として機能するものとされる。 そして、 この指令値をゼロと することにより、 現在動作の維持が停止させられる。 なお、 第 1の比例 器 3 3は、 通常のロボッ トコントローラに用いられている位置指令値を 速度に変換する比例器と同様とされ、 また第 2の比例器 3 5は、 通常の ロポッ トコントローラに用いられている変換速度を電流指令値に変換 する比例器と同様とされている。 次に、 衝突処理手段 2 0 ' の構成を説明する。 この衝突処理手段 2 0 ' は、 口ポッ ト 1 と同等の時定数を有し、 駆動制御装置 1 0から入力され る外部位置指令値をフィルタ処理するフィル夕 （推定位置算出器） 2 1 と、 このフィル夕処理された外部位置指令値 （以下、 推定位置という） を微分して速度 （以下、 推定速度という） を算出する第 1の微分器 （推 定速算出器） 2 2と、 推定速度から、 第 3の微分器 2 9から出力される フィードバック速度を減算して、 推定速度偏差を算出する第 1の演算器 (推定速度偏差算出器） 2 3と、 この推定速度偏差が閾値を超えている か否かを判定する第 1の判定器 2 4と、 この推定速度偏差を微分して推 定加速度偏差を算出する第 2の微分器（推定加速度偏差算出器） 2 5と、 この推定加速度偏差が閾値を超えているか否かを判定する第 2の判定 器 2 6と、 第 1及び第 2の判定器 2 4 , 2 6からの信号が入力される O R回路 2 7 と、 エンコーダ値を記録しかつ必要に応じてその記録してい るエンコーダ値から位置指令値 （以下、 内部位置指令値という） を生成 する内部位置指令値生成部 3 0と、 外部位置指令値と内部位置指令値と を切り換える切換スィッチ 3 1 とを備えている。
O R回路 2 7は、 推定速度偏差又は推定加速度偏差が閾値を超えてい る場合にオン信号 （衝突検知信号） を出力するものとされ、 その出力信 号は積分器 3 7、 内部位置指令値生成部 3 0及び切換スィツチ 3 1に入 力される。 推定加速度偏差を用いるのは、 衝突の影響が速度変化よりも 早く加速度変化に表れるので、 衝突検知が早期になし得るようにするた めである。
積分器 3 7は O R回路 2 7からの衝突検知信号が入力されると、 その 積分値をクリアするものとされる。 つまり、 現在動作維持指令値生成器 の指令値をゼロとする。 これにより、
エンドェフエクタ 9の対象物へ向かう動作の維持が停止されて、 ェン ドエフエクタ 9による押し付け力が緩和される。
内部位置指令値生成部 3 0は〇 R回路 2 7からの衝突検知信号が入 力されると、 記憶している位置を逆に迪る位置指令値を出力するものと される。 つまり、 ロボッ ト 1 のアーム 8に後退動作をさせる位置指令値 を生成するものとされる。 なお、 内部位置指令値生成部 3 0のメモリ容 量に制限がある場合には、 記憶される位置データは直近の所定時間範囲 における位置データとされる。
切換スィ ッチ 3 1は O R回路 2 7からの衝突検知信号が入力される と、 位置指令値を外部位置指令値から内部位置指令値に切り換えるもの とされる。
次に、 以上のように構成された駆動制御装置 1 0 ' の動作 （本実施の 形態に係る駆動制御方法） を説明する。
まず、 正常時の動作を説明する。第 1図乃至第 3図を参照して、 まず、 駆動制御 1 0から外部位置指令値が出力される。 すると、 正常時には、 後述するように衝突検知信号が出力されないので、 切換スィッチ 3 1は 外部位置指令値を出力する。 この外部位置指令値を、第 2の演算器 3 2、 第 1の比例器 3 3、 第 3の演算器 3 4、 第 2の比例器 3 5、 第 3の比例 器 3 6、 積分器 3 7、 及び第 4の演算器 3 8が、 エンコーダ 2 8から出 力されるエンコーダ値及びその微分値であるフィードバック速度を用 いて、 指示電流値を生成し、 これをサーポモ一夕 Mに入力する。 これに より、 サーボモータ Mが外部指令値に基づいてフィ一ドバック制御され る。 その結果、 口ポッ ト 1のアーム 8の動きがサーボ機構を介して駆動 制御装置 1 0によって制御される。
一方、 外部位置指令値は、 フィルタ 2 1に入力されて推定位置に変換 される。 この推定位置を第 1の微分器 2 2が微分して推定速度を算出す る。 この推定速度と前述のフィードバック速度とを用いて、 第 1の演算 器 2 3が推定速度偏差を算出する。 この推定速度偏差を第 2の微分器 2 5が微分して推定加速度偏差を算出する。 そして、 第 1の判定器 2 4は 前記算出された推定速度偏差が閾値を超えるか否か判定する。 ここで は、 ロボッ ト 1 のアーム 8が外部指令値に追随するように動作している ので、 推定速度偏差が小さなものとなっている。 従って、 第 1の判定器
2 4は、 推定速度偏差が閾値を超えないと判定する。 また、 第 2の判定 器 2 6は前記算出された推定加速度偏差が閾値を超えるか否か判定す るが、 ここでは、 ロボッ ト 1のアーム 8が外部指令値に追随するように 動作しているので、推定加速度偏差が小さなものとなっている。従って、 第 2の判定器 2 6は推定加速度偏差が閾値を超えないと判定する。 従つ て、 O R回路 2 7は衝突検知信号を出力しない。
次に、 衝突時の動作を説明する。 例えば、 口ポッ ト 1のエンドェフエ クタ 9が障害物 Gに衝突したとする。 すると、 アーム 8が外部指令値に 追随しなくなるので、 第 1の演算器 2 3で算出される推定速度偏差及び 第 2の微分器 2 5で算出される推定加速度偏差が大きなものとなる。 従 つて、 第 1の判定器 2 4は、 推定速度偏差が閾値を超えると判定する。 また、 第 2の判定器 2 6は、 推定加速偏差が閾値を超えると判定する。 これにより、 O R回路 2 7が衝突検知信号を出力する。 すると、 この衝 突検知信号が積分器 3 7に入力されて積分器 3 7の出力がゼロになり、 それにより、 口ポッ ト 1のエンドエフェク夕 9による障害物 Gへの押し 付け力が緩和される。 また、 前記衝突検知信号が内部位置指令値生成部
3 0に入力されて内部位置指令値生成部 3 0が内部位置指令値を出力 する。 さらに、 前記衝突検知信号が切換器 3 1に入力されて切換器 3 1 が前記内部指令値を出力する。 これにより、 サ一ポモー夕 Mが衝突前の 動きと逆に動く。 その結果、 口ポッ ト 1のエンドェフエクタ 9が迅速に 後退して障害物 Gから速やかに離れる。
このように、 本実施の形態によれば、 推定速度偏差又は推定加速度偏 差が閾値を超えている場合に衝突したものとしているので、 駆動制御装 置 1 0の構成の簡素化を図りながら検出精度の向上が図られるととも に、 衝突処理手段 2 0のロボッ トへの実装に要する期間を短縮できる。 また、 運動方程式を解く必要がないので、 衝突検知に要する時間を短縮 できる。 さらに、 衝突検知と同時に積分器 3 7をクリアしてエンドエフ ェク夕 9の障害物 Gへ向かう動作の維持を停止させているので、 衝突後 におけるロボッ ト 1の後退動作を迅速になし得る。 その上、 衝突後に口 ボッ ト 1に後退動作をさせているので、 ロボッ ト 1の再起動を迅速にな し得る。
なお、 上記では、 口ポッ ト 1のエンドェフエクタ 9が障害物 Gに衝突 する場合を説明したが、 本実施の形態では、 各サ一ポモータ M毎に衝突 処理手段 2 0 ' を備えているので、 ロボッ ト 1のアーム 8のリンク 1 0 2より先端側の部分が障害物 Gに衝突する場合も口ポッ ト 1は上記と 同様に動作する。
以上、 本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、 本発明は かかる実施の形態のみに限定されるものではなく、 種々改変が可能であ る。 例えば、 本実施形態では、 推定速度偏差と推定加速度偏差の両方を 用いて衝突検知をなしているが、 推定速度偏差あるいは推定加速度偏差 のいずれかにより衝突検知をなすようにしてもよい。 その場合、 駆動制 御装置の構成がより一層簡素化される。
上記説明から、 当業者にとっては、 本発明の多くの改良や他の実施形 態が明らかである。 従って、 上記説明は、 例示としてのみ解釈されるべ きであり、 本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供 されたものである。 本発明の精神を逸脱することなく、 その構造及び Z 又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係る駆動制御装置は、 ロボッ トコントローラとして有用であ る。
また、 本発明に係る駆動制御方法は、 口ポッ トの駆動制御方法として 有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 駆動装置を介して被駆動部材を動かすよう制御する制御手段と、 前記被駆動部材の衝突を検知する衝突検知手段とを備えた駆動制御装置 において、
前記衝突検知手段は、 前記被駆動部材の実速度に対する推定偏差であ る推定速度偏差又は前記被駆動部材の実加速度に対する推定偏差である 推定加速度偏差に基づいて該被駆動部材の衝突を検知する、 駆動制御装 置。
2 . 前記衝突検知手段は、 前記被駆動部材を動かすための位置指令と 前記被駆動部材の位置の検出値とに基づいて前記推定速度偏差又は前記 推定加速度偏差を得る、 請求の範囲第 1項記載の駆動制御装置。
3 . 前記衝突検知手段は、 前記推定速度偏差及び前記推定加速度偏差 の双方を得、 かつ該推定速度偏差及び推定加速度偏差のいずれかが各々 の閾値を越えたとき衝突と判定することにより前記衝突を検知する、 請 求の範囲第 2項記載の駆動制御装置。
4 . 前記衝突検知手段は、 前記駆動装置を介した制御における前記被 駆動部材の時定数と同等の時定数を有するフィル夕によって前記位置指 令値をフィルタ処理することにより前記被駆動部材の推定位置を取得し 該取得した推定位置と前記被駆動部材の位置の検出値とに基づいて前記 推定速度偏差又は前記推定加速度偏差を得る、 請求の範囲第 1項記載の 駆動制御装置。
5 . 前記衝突検知手段からの前記衝突を検知する信号に基づいて、 前 記被駆動部材を前記衝突の前と逆に動かす衝突処理手段をさらに備えた 請求の範囲第 1項記載の駆動制御装置。
6 . 前記制御手段は、 第 1 の位置指令に基づき前記駆動装置を介して 前記被駆動部材の動きを制御し、 前記衝突処理手段は、 前記被駆動部材の位置を逐次記憶する位置記憶 手段と、 前記衝突を検知する信号を受けると、 前記記憶された被駆動部 材の位置を時間軸上で逆に並べた第 2の位置指令を生成しこれを前記第 1 の位置指令に代えて前記制御手段に入力する第 2の位置指令生成手段 とを有する、 請求の範囲第 5項記載の駆動制御装置。
7 . 前記制御手段は、 さらに現在動作を維持するよう前記被駆動部材 の動きを制御し、
前記衝突処理手段は、 前記衝突を検知する信号に基づいて、 前記制御 手段による前記被駆動部材の現在動作の維持を停止させた後、 該被駆動 部材を前記衝突の前と逆に動かす、 請求の範囲第 5項記載の駆動制御装 置。
8 . 前記制御の対象となる装置がェンドエフエクタとしての前記被駆 動部材と前記駆動装置とを有するロボッ トである請求の範囲第 1項記載 の駆動制御装置を備えたロボッ トコントローラからなる駆動制御装置。
9 . 複数の請求の範囲第 1項記載の駆動制御装置を備え、
前記ロボッ 卜のアームが前記複数の駆動制御装置に対応する前記駆動 装置とエンドエフェク夕及びリンクとを有し、 基端から先端に向けて前 記駆動装置と前記リンクとが交互に接続されかつ最も先端側に位置する 前記リ ンクに接続された前記駆動装置に前記ェンドエフエクタが接続さ れるように構成され、
前記アームの各駆動装置より先端側に位置する部分が該各駆動装置の 前記被駆動部材を構成する、 請求の範囲第 8項記載のロボッ トコント口 ーラからなる駆動制御装置。
1 0 . 駆動装置を介して被駆動部材を動かすよう制御する制御ステツ プと、 前記被駆動部材の衝突を検知する衝突検知ステップとを含む駆動 制御方法において、
前記衝突検知ステツプでは、 前記被駆動部材の実速度に対する推定偏 差である推定速度偏差又は前記被駆動部材の実加速度に対する推定偏差 である推定加速度偏差に基づいて該被駆動部材の衝突を検知する、 駆動 制御方法。
1 1 . 前記衝突検知ステップでは、 前記被駆動部材を動かすための位 置指令と前記被駆動部材の位置の検出値とに基づいて前記推定速度偏差 又は前記推定加速度偏差を得る、 請求の範囲第 1 0項記載の駆動制御方 法。
1 2 . 前記衝突検知ステップでは、 前記推定速度偏差及び前記推定加 速度偏差の双方を得、 かつ該推定速度偏差及び推定加速度偏差のいずれ かが各々の閾値を越えたとき衝突と判定することにより前記衝突を検知 する、 請求の範囲第 1 1項記載の駆動制御方法。
1 3 . 前記衝突検知ステップでは、 前記駆動装置を介した制御におけ る前記被駆動部材の時定数と同等の時定数を有するフィルタによって前 記位置指令値をフィル夕処理することにより前記被駆動部材の推定位置 を取得し、 該取得した推定位置と前記被駆動部材の位置の検出値とに基 づいて前記推定速度偏差又は前記推定加速度偏差を得る、 請求の範囲第 1 0項記載の駆動制御方法。
1 4 . 前記衝突検知ステップにおける前記衝突の検知に基づいて、 前 記被駆動部材を前記衝突の前と逆に動かす衝突処理ステツプをさらに有 する、 請求の範囲第 1 0項記載の駆動制御方法。
1 5 . 前記制御ステップでは、 第 1の位置指令に基づき前記駆動装置 を介して前記被駆動部材の動きを制御し、
前記衝突処理ステツプは、 前記被駆動部材の位置を逐次記憶する位置 記憶ステップと、 前記衝突を検知すると、 前記記憶された被駆動部材の 位置を時間軸上で逆に並べた第 2の位置指令を生成しこれを前記制御ス テツプにおいて前記第 1 の位置指令に代えて用いる第 2の位置指令生成 スッテツプとを有する、 請求の範囲第 1 4項記載の駆動制御方法。
1 6 . 前記制御ステップでは、 さらに現在動作を維持するよう前記被 駆動部材の動きを制御し、 前記衝突処理ステップでは、 前記衝突を検知すると、 前記制御ステツ プによる前記被駆動部材の現在動作の維持を停止させた後、 該被駆動部 材を前記衝突の前と逆に動かす、 請求の範囲第 1 4項記載の駆動制御方 法。
1 7 . 前記制御の対象となる装置がエンドェフエクタとしての前記被 駆動部材と前記駆動装置とを有するロボッ トである請求の範囲第 1 0項 記載の駆動制御方法を含むロボッ ト駆動制御方法からなる駆動制御方法,
1 8 . 複数の請求の範囲第 1 0項記載の駆動制御方法を含み、 前記ロポッ トのアームが前記複数の駆動制御方法に対応する前記駆動 装置とエンドェフエクタ及びリンクとを有し、 基端から先端に向けて前 記駆動装置と前記リンクとが交互に接続されかつ最も先端側に位置する 前記りンクに接続された前記駆動装置に前記ェンドエフエクタが接続さ れるように構成され、
前記アームの各駆動装置より先端側に位置する部分が該各駆動装置の 前記被駆動部材を構成する、 請求の範囲第 1 7項記載のロボッ ト駆動制 御方法からなる駆動制御方法。
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