JPH0438548B2 - - Google Patents
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- JPH0438548B2 JPH0438548B2 JP58214998A JP21499883A JPH0438548B2 JP H0438548 B2 JPH0438548 B2 JP H0438548B2 JP 58214998 A JP58214998 A JP 58214998A JP 21499883 A JP21499883 A JP 21499883A JP H0438548 B2 JPH0438548 B2 JP H0438548B2
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- JP
- Japan
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- robot
- distance
- robot hand
- contact sensor
- control
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- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、非接触センサによつて多自由度ロボ
ツトを制御するための方式に係り、特に非接触セ
ンサによつてある対象物との間の距離が一定以内
にあることが検出された場合には、それまでの制
御モードが変更されるようにした多自由度ロボツ
トの制御方法に関するものである。Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for controlling a multi-degree-of-freedom robot using a non-contact sensor, and particularly relates to a method for controlling a robot with multiple degrees of freedom using a non-contact sensor. The present invention relates to a control method for a multi-degree-of-freedom robot in which when it is detected that the distance is within a certain range, the previous control mode is changed.
これまで非接触センサによつて多自由度ロボツ
トを積極的に制御することは行なわれていないの
が実状である。ただ、研究レベルとしては多自由
度ロボツトに近接センサ(超音波あるいは渦電流
を利用したもの)を装着せしめることが稀に行な
われている程度である。ただし、近接センサを装
着せしめるといつてもそれは安全装置として機能
するに止まり、ロボツトのハンドが何等かの障害
物に接近した場合での非常停止制御に利用されて
いるのが殆どである。
The reality is that a multi-degree-of-freedom robot has not been actively controlled using non-contact sensors. However, at the research level, it is only rare to attach a proximity sensor (using ultrasonic waves or eddy current) to a multi-degree-of-freedom robot. However, even when a proximity sensor is installed, it only functions as a safety device, and is mostly used to control an emergency stop when the robot's hand approaches some kind of obstacle.
よつて本発明の目的は、非接触センサからのセ
ンサ信号によつて多自由度ロボツトの制御モード
が様々に変更可とされた非接触センサによる多自
由度ロボツトの制御方法を供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for controlling a multi-degree-of-freedom robot using a non-contact sensor, in which the control mode of the multi-degree-of-freedom robot can be changed in various ways based on sensor signals from the non-contact sensor.
この目的のため本発明は、非接触センサによつ
てロボツトハンドと何等かの移動可とされた障害
物との間の距離が一定以内にあることが検出され
た場合には、ロボツトに対するそれまでの制御が
変更されるようにしたものである。これにより障
害物との間に一定の距離を保つてロボツトハンド
を停止させることが可能であるばかりか、障害物
が移動した場合には一定の距離を保つてロボツト
ハンドをその移動に追従させることが可能となる
ものである。
For this purpose, the present invention provides that when a non-contact sensor detects that the distance between the robot hand and some movable obstacle is within a certain range, The control is changed. This not only makes it possible to stop the robot hand while maintaining a certain distance from an obstacle, but also allows the robot hand to follow the movement while maintaining a certain distance if the obstacle moves. is possible.
以下、本発明を第1図から第15図により説明
する。
The present invention will be explained below with reference to FIGS. 1 to 15.
先ず本発明に係る多自由度(1〜6自由度)ロ
ボツトの概観について説明する。第1図はその外
観を示したものである。これによるとハンド部2
とアーム部1の中間には非接触センサ3が装着さ
れるが、装着場所としてはこれに限定されずこれ
以外にも例えばハンド部2に装着することも可と
なつている。制御されるものはハンド部2である
から、ハンド部2に関しての位置、姿勢などの情
報が直接得られる場所であれば特に問題とされる
ことはないものである。したがつて、後述するよ
うにロボツト以外の場所に装着することも可とな
つている。 First, an overview of the multi-degree-of-freedom (1 to 6 degrees of freedom) robot according to the present invention will be explained. Figure 1 shows its appearance. According to this, hand part 2
A non-contact sensor 3 is mounted between the arm section 1 and the arm section 1, but the mounting location is not limited to this, and it can also be mounted on the hand section 2, for example. Since the object to be controlled is the hand section 2, there is no particular problem as long as information such as the position and posture of the hand section 2 can be directly obtained. Therefore, as will be described later, it is also possible to attach it to a location other than the robot.
第2図は非接触センサとして超音波センサを使
用した場合でのハンド部とその周辺の外観を示し
たものである。超音波センサは超音波の送信部お
よび受信部よりなるが、これをx,y,z軸の
正、負方向対応に装着するものである。このよう
に装着する場合は、x軸の正方向x+を向いてい
る超音波センサはその方向に存在する対象物との
間の距離を測定し得るものである。この他非接触
センサとしてはLEDとフオトトランジスタとを
組合せたものや渦電流センサ、半導体レーザ利用
の測長機なども使用可である。要は、距離を非接
触にして測定し得るものであればよいものであ
る。 FIG. 2 shows the appearance of the hand section and its surroundings when an ultrasonic sensor is used as a non-contact sensor. The ultrasonic sensor consists of an ultrasonic transmitter and a receiver, which are mounted in the positive and negative directions of the x, y, and z axes. When mounted in this manner, the ultrasonic sensor facing the positive direction x + of the x-axis can measure the distance to an object present in that direction. Other non-contact sensors that can be used include a combination of an LED and a phototransistor, an eddy current sensor, and a length measuring device that uses a semiconductor laser. In short, any device that can measure distance without contact is sufficient.
第3図は超音波センサによつてx軸正方向x+
に存在する対象物4との間の距離Δlx+を測定し
ている様子を示したものである。これについては
特に説明を要しないが、非接触センサは必ずしも
ロボツトに装着される必要はなく、ロボツト以外
にも装着可となつている。第4図は非接触センサ
としてのTVカメラをロボツトおよび対象物近傍
の上部に取付した場合を示したものである。図示
の如く天井に取付したものであり、このように取
付する場合にはハンド部2に固定の座標系での距
離を測定し得るばかりか、非可動部としてのベー
スに固定の座標系での距離も測定えい得るもので
ある。TVカメラによる場合はまたハンド部2と
対象物4との間の距離だけではなく、ハンド部2
の対象物4に対する姿勢も例えば方向余弦として
測定し得るものである。 Figure 3 shows the ultrasonic sensor in the x-axis positive direction x +
This figure shows how the distance Δlx + between the target object 4 and the target object 4 is being measured. This does not require any special explanation, but the non-contact sensor does not necessarily need to be attached to a robot, and can be attached to other objects besides robots. FIG. 4 shows a case where a TV camera as a non-contact sensor is attached to the upper part of the robot and near the object. As shown in the figure, it is mounted on the ceiling, and when mounted in this way, it is possible to not only measure distances in a coordinate system fixed to the hand part 2, but also to measure distances in a coordinate system fixed to the base, which is a non-movable part. Distance can also be measured. When using a TV camera, not only the distance between the hand section 2 and the object 4 but also the distance between the hand section 2 and the object 4 are measured.
The attitude of the object 4 with respect to the object 4 can also be measured, for example, as a direction cosine.
さて、非接触センサなどからの情報にもとづい
てロボツトが如何に制御されるかについて説明す
る。 Now, we will explain how the robot is controlled based on information from non-contact sensors and the like.
第5図はその制御系の概要を示したものであ
り、これによると非接触センサが装着されたロボ
ツトからは位置信号とロボツト・物体間の距離
信号Δが得られるようになつている。位置信号
θはロボツトの関節各々に装着されたエンコーダ
より現時点での関節角として得られるものであ
り、また、非接触センサからは物体との間の距離
信号が得られるものである。図示の如く制御部5
には位置指令値rと距離の基準値Δcが入力
されているが、これらとロボツトの位置およびロ
ボツト・物体間の距離に応じて各関節に対する角
速度θが制御部5で算出されたうえサーボアンプ
6を介し各関節が駆動されるようになつているも
のである。 FIG. 5 shows an outline of the control system, which allows a position signal and a distance signal Δ between the robot and an object to be obtained from the robot equipped with a non-contact sensor. The position signal θ is obtained as a current joint angle from an encoder attached to each joint of the robot, and a distance signal to an object is obtained from a non-contact sensor. As shown in the figure, the control section 5
The position command value r and distance reference value Δc are input to the controller 5, and the angular velocity θ for each joint is calculated by the control unit 5 according to these, the position of the robot, and the distance between the robot and the object. 6, each joint is driven.
第6図は第5図に示すものを更に詳細に示した
ものである。これによると制御部5には位置指令
値r、距離の基準値Δcが外部より与えられ
る一方、ロボツト14側からは非接触センサ3よ
りロボツト・物体間の距離Δが、また、エンコ
ーダ11からのパルス信号をカウントするカウン
タ12からは各関節角が与えられるようになつ
ている。各関節角は変換部10によつてロボツ
トハンドの位置・姿勢に変換されたうえ主要制
御部7に入力されるが、この主要制御部7にてロ
ボツトハンドのとるべき速度が算出されるもの
である。この速度はロボツトハンドに固定の座
標系におけるもの(並進速度および回転速度)で
あるから、次に位置・姿勢および各関節角に
もとづき座標変換部8によつてベースに固定の座
標系における速度bに変換されるようになつて
いる。この速度bにもとづき関節角速度算出部
9により関節各々がとるべき角速度θが求められ
るが、これら角速度θによつてはサーボアンプ6
を介しモータ13、したがつて、ロボツト14が
駆動されるところとなるものである。 FIG. 6 shows what is shown in FIG. 5 in more detail. According to this, the position command value r and the distance reference value Δc are given to the control unit 5 from the outside, while the robot 14 side receives the distance Δ between the robot and the object from the non-contact sensor 3, and also receives the distance Δ from the encoder 11. Each joint angle is given from a counter 12 that counts pulse signals. Each joint angle is converted into the position/attitude of the robot hand by the converter 10 and then input to the main controller 7, which calculates the speed that the robot hand should take. be. Since this speed is in the coordinate system fixed to the robot hand (translational speed and rotational speed), the coordinate conversion unit 8 converts the speed b in the coordinate system fixed to the base based on the position/posture and each joint angle. It is starting to be converted to . Based on this velocity b , the joint angular velocity calculation unit 9 calculates the angular velocity θ that each joint should take, but depending on these angular velocity θ, the servo amplifier 6
The motor 13 and, therefore, the robot 14 are driven through the motor 13 and, therefore, the robot 14.
このように主要制御部は極めて重要な機能を有
しているが、この機能を詳細に説明すれば以下の
ようである。 As described above, the main control section has an extremely important function, and this function will be explained in detail as follows.
即ち、一般に外力が存在しない場合での1自由
度の剛体の運動は式(1)で表わされるものとなつて
いる。 That is, in general, the motion of a rigid body with one degree of freedom in the absence of external force is expressed by equation (1).
mdv/dt+cv+k(x−rx)=0 ……(1)
但し、mは質量を、cは粘性係数を、kはバネ
係数を、xは位置を、vは速度を、rxはバネの平
衡位置をそれぞれ示す。 mdv/dt+cv+k(x- r x)=0...(1) However, m is the mass, c is the viscosity coefficient, k is the spring coefficient, x is the position, v is the velocity, and r The equilibrium positions are shown respectively.
この式(1)においてvt=0=0、xt=0=0である場
合にバネの平衡位置rxにステツプ入力(rsx・u
(t))を加えたときの運動は以下のようになる。 In this equation (1), when v t=0 = 0 and x t=0 = 0, a step input ( rs x・u
(t)), the motion is as follows.
x=rsx{1−ept(cosqt−p/qsinqt)}……(
2)
但し、p=−c/2cm、q=4mk−c2である。 x= rs x{1−e pt (cosqt−p/qsinqt)}……(
2) However, p=-c/2cm and q=4mk- c2 .
式(2)から推察されるように式(1)に示す運動はr
xを操作することによつて位置xを制御し得る
が、これがΔc,Δを除いた場合、即ち、非
接触センサに係るパラメータが存在しない場合で
の主要制御部の基本的機能となつているものであ
り、ロボツトのハンドの運動があたかも式(1)で与
えられる剛体の運動となる様、ロボツトを制御す
るものである。 As inferred from equation (2), the motion shown in equation (1) is r
The position x can be controlled by manipulating x, but this is the basic function of the main control unit when Δc and Δ are excluded, that is, when there are no parameters related to the non-contact sensor. The robot is controlled so that the motion of the robot's hand becomes the motion of a rigid body given by equation (1).
即ち、主要制御部によつてロボツトハンドのと
るべき速度が式(3)によつて算出されるものであ
る。 That is, the speed that the robot hand should take is calculated by the main control section using equation (3).
v=1/m∫{−cv−k(x−rx)}dt ……(3)
式(3)は式(1)をvについて解くことによつて導出
し得るが、式(3)の右辺中におけるvはロボツトに
タコジエネレータなどの速度検出器が装備されて
いる場合にはその速度検出信号(フイードバツク
信号)とされる。しかしながら、第6図に示すよ
うにロボツトに何等速度検出器が装備されていな
い場合は、式(3)の右辺におけるvは自身が式(3)に
よつて算出した値とされる。 v=1/m∫{-cv-k(x- r x)}dt...(3) Equation (3) can be derived by solving equation (1) for v, but equation (3) If the robot is equipped with a speed detector such as a tachogenerator, v in the right-hand side is taken as the speed detection signal (feedback signal). However, as shown in FIG. 6, if the robot is not equipped with any speed detector, v on the right side of equation (3) is the value calculated by itself using equation (3).
ところで、実際の系では計算機内で離散値系と
して計算処理されることから、式(3)の代わりに式
(4)が用いられるようになつている。 By the way, in an actual system, calculations are processed as a discrete value system in a computer, so instead of formula (3), formula
(4) is now being used.
vo=Δt/m{−k(xo-1−rxo-1)}
−(Δt/mc−1)vo-1 ……(4)
但し、Δtはサンプリングタイムを、また、サ
フイツクスnはその値がn番目サンプリングタイ
ムでのものであり、o,o-1はそれぞれ次回、
前回の積分効果信号として作用する。 v o = Δt/m{−k(x o-1 − r x o-1 )} −(Δt/mc−1) v o-1 …(4) However, Δt is the sampling time, and n is the value at the nth sampling time, and o and o-1 are the values at the next and next sampling time, respectively.
It acts as a previous integral effect signal.
したがつて、多自由度に拡張された場合式(3),
(4)はそれぞれ式(5),(6)として変換表示される。 Therefore, when expanded to multiple degrees of freedom, Equation (3),
(4) are converted and expressed as equations (5) and (6), respectively.
=[M]-1∫[−[C]−[K](−r)]d
t
……(5)
o=Δt[M]-1{−[K](o-1−r o-1)}
−(Δt[M]-1・[C]−[I])o-1 ……(6)
但し、[M],[C],[K]はそれぞれ質量、粘
性係数、バネ係数に対応する行列であり、また、
[I]は単位行列を示している。行列[M],
[C],[K]は通常対角行列とされ実際のロボツ
ト機構が持つている値ではないが、ソフト上で仮
想制御パラメータとしてある範囲内で任意に設定
を行なうことにより、ハンドに自在な運動を行な
わせることが可能となつている。即ち、これら仮
想制御パラメータをある範囲内で変更可とするこ
とによつて停止特性(減衰率、固有振動数)や追
従特性などが好ましく調整され得るものである。
また、位置(並進位置と回転角度)および速度
(並進速度と回転速度)はベクトルであり、通
常6次元のものとなつている。 = [M] -1 ∫[-[C]-[K](- r )]d
t
...(5) o = Δt[M] -1 {−[K] ( o-1 − r o-1 )} −(Δt[M] -1・[C]−[I]) o-1 ... ...(6) However, [M], [C], and [K] are matrices corresponding to the mass, viscosity coefficient, and spring coefficient, respectively, and
[I] indicates an identity matrix. matrix [M],
[C] and [K] are usually diagonal matrices and do not have values that the actual robot mechanism has, but they can be set freely within a certain range as virtual control parameters on the software. It is now possible to exercise. That is, by allowing these virtual control parameters to be changed within a certain range, the stopping characteristics (damping rate, natural frequency), follow-up characteristics, etc. can be adjusted preferably.
Further, the position (translational position and rotational angle) and velocity (translational speed and rotational speed) are vectors, and are usually six-dimensional.
このように式(5),(6)によつてロボツトの位置制
御を行ない得るが、第7図は式(5)をブロツク図と
して示したものである。但し、この場合パラメー
タΔ,Δcは無視される。判定計算処理ブロ
ツク15では通常(r−)が計算されるもの
である。なお、式(2)にて示される挙動の概要は第
8図の一部として示すところである。 As described above, the position of the robot can be controlled using equations (5) and (6), and FIG. 7 shows equation (5) as a block diagram. However, in this case, the parameters Δ and Δc are ignored. In the judgment calculation processing block 15, ( r- ) is normally calculated. Incidentally, an outline of the behavior shown by equation (2) is shown as part of FIG. 8.
さて、以上のようにして行なわれるロボツトの
位置制御に非接触センサによる制御を加える、本
発明によるロボツトの制御方法について説明す
る。 Now, a description will be given of a robot control method according to the present invention, which adds control using a non-contact sensor to the robot position control performed as described above.
第9図はロボツトをある作業領域空間内にて位
置制御している最中に、万一危険領域内に入るよ
うな場合には危険領域内への侵入を非接触センサ
によつて回避せんとするものである。既述のよう
にロボツトの位置制御はrを操作することによ
つて行なわれるが、したがつて、これよりすれば
rを作業領域空間内にとれば、如何に操作しよ
うともロボツトはほぼ作業領域空間内に留まるこ
とが予想される。しかしながら、実際には設定さ
れたパラメータ[M],[C],[K]やロボツト駆
動系の遅れなどによつて、あるいは誤動作や外乱
などによつてロボツトが作業領域外、即ち、危険
領域内に入ることがあり得るというものである。
第9図に示す例ではx軸の正、負方向に壁16,
17があつて、壁16,17からの距離がΔlc以
内の領域が危険領域として設定されている。した
がつて、ロボツトとしてはx軸の正方向、負方向
における壁17,16との間の距離を測定すべく
少なくとも2個の非接触センサを必要とし、これ
ら非接触センサによつてロボツトハンドが危険領
域の何れかに侵入したことが知れるものである。
例えばロボツトハンドが壁17に近づきつつある
場合を想定すれば、壁17との距離Δlx+がΔlx+<
Δlcとなつたことを以て危険領域に侵入したこと
が知れるものである。もしも危険領域にロボツト
ハンドが侵入した場合にはΔlx+がΔlcとなるべく
ロボツトハンドを押し戻すことが必要である。第
10図に示すようにある時点tcで危険領域に侵入
したことが検知された場合には、直ちに第8図に
示した如くの挙動をとらせ円滑に危険領域より脱
しさせるものである。勿論従来より行なわれてい
るようにその時点tcで非常停止せしめたり、ある
いは円滑にではなく直ちに大きな加速度を以て危
険領域を脱しさせることも可能である。 Figure 9 shows that while controlling the position of a robot in a work area, if the robot enters a dangerous area, a non-contact sensor is used to prevent the robot from entering the dangerous area. It is something to do. As mentioned above, the robot's position is controlled by manipulating r , but from this,
If r is taken within the workspace space, it is expected that the robot will remain approximately within the workspace space no matter how it is operated. However, in reality, due to delays in the set parameters [M], [C], [K] or the robot drive system, or due to malfunctions or disturbances, the robot may move out of the work area, that is, into the dangerous area. It is possible that it may enter.
In the example shown in FIG. 9, walls 16,
17 and the distance from the walls 16 and 17 is within Δlc is set as a dangerous area. Therefore, the robot requires at least two non-contact sensors to measure the distance between the walls 17 and 16 in the positive and negative directions of the x-axis, and these non-contact sensors allow the robot hand to It is known that the person has invaded one of the dangerous areas.
For example, assuming that the robot hand is approaching the wall 17, the distance Δl x+ from the wall 17 is Δl x+ <
It is known that a dangerous area has been entered when the value becomes Δlc. If the robot hand enters the dangerous area, it is necessary to push the robot hand back so that Δl x+ becomes Δlc. As shown in FIG. 10, when it is detected that the vehicle has entered a dangerous area at a certain time tc, the robot immediately takes the behavior shown in FIG. 8 to smoothly escape from the dangerous area. Of course, it is also possible to make an emergency stop at that point tc, as has been done in the past, or to make the vehicle escape from the dangerous area not smoothly but immediately with a large acceleration.
ところで、非接触センサによる上記のような制
御はこれまでに既に述べた制御方式に非接触セン
サからのフイードバツク信号を加味することによ
つて容易に達成可能である。第7図は主要制御部
のブロツク構成を示したものであるが、ここでそ
の中でも重要な機能を果たす判定計算処理ブロツ
ク15について説明すれば以下のようである。 By the way, the above-described control using a non-contact sensor can be easily achieved by adding a feedback signal from the non-contact sensor to the control method described above. FIG. 7 shows the block configuration of the main control section, and the judgment calculation processing block 15, which performs an important function, will be explained below.
即ち、第7図に示す如く判定計算処理ブロツク
にはr、および(Δc−Δ)が入力され
るが、このうちΔcおよびΔは式(7),(8)に示
すように6成分よりなるものとなつている。 That is, as shown in FIG. 7, r and (Δc - Δ) are input to the judgment calculation processing block, of which Δc and Δ are composed of six components as shown in equations (7) and (8). It has become a thing.
Δc=Δlc,x+
Δlc,x-
Δlc,y+
Δlc,y-
Δlc,z+
Δlc,z- ……(7)
Δ=Δlx+
Δlx-
Δly+
Δly-
Δlz+
Δlz- ……(8)
但し、式(7)において例えばΔlc,x+はx軸正
方向の距離の基準値を示し、また、式(8)における
Δlx+は非接触センサによつて測定されたx軸正
方向でのロボツトと対象物(壁など)との間の距
離を示すものとなつている。 Δc=Δlc, x + Δlc, x - Δlc, y + Δlc, y - Δlc, z + Δlc, z - ……(7) Δ=Δlx + Δlx - Δly + Δly - Δlz + Δlz - ……(8) However, in equation (7), for example, Δlc,x+ indicates the reference value of the distance in the positive direction of the x-axis, and Δlx+ in equation (8) is the distance between the robot and the robot in the positive direction of the x-axis measured by the non-contact sensor. It is used to indicate the distance between objects (walls, etc.).
したがつて、こでx軸正方向のみを考慮すれ
ば、Δlx-−Δlc,x+0の場合にはロボツトは作
業領域内にあることから、通常の位置制御を続行
すればよいことになる。即ち、判定計算処理ブロ
ツクの出力としては(r−)が出力されるも
のである。また、Δlcx+−Δlc,x+<0である場
合にはロボツトは危険領域内に存在することにな
るから、直ちに危険領域外に脱しさせる必要があ
る。このような場合には(Δlcx+−Δlc,x+)が
出力として出力されるものである。 Therefore, if we consider only the positive direction of the x-axis, if Δlx - -Δlc,x + 0, the robot is within the work area, so normal position control can be continued. . That is, ( r- ) is output as the output of the judgment calculation processing block. Furthermore, if Δlcx + −Δlc,x + <0, the robot is within the danger area, and it is therefore necessary to immediately move it out of the danger area. In such a case, (Δlcx + −Δlc, x + ) is output as the output.
また、以上のような制御以外に第11図に示す
ような制御も考えられている。第11図a,bは
ロボツトが人間に近づきその間の距離がΔlc,x+
よりも小さくなつた場合はロボツトが人間から離
れΔlc,x+の位置まで戻るべく制御され、また、
それとは逆に人間がロボツトに近づいた場合も同
様に制御されることが示されている。第11図に
示す制御はいわば壁が移動可とされた場合に相当
するものであり、このような制御によつて非接触
直接教示が可能となるものである。 In addition to the above-mentioned control, control as shown in FIG. 11 has also been considered. In Figures 11a and b, the robot approaches the human and the distance between them is Δlc, x +
If the robot becomes smaller than , the robot is controlled to move away from the human and return to the position Δlc,x + , and
Conversely, it has been shown that when a human approaches a robot, it is controlled in the same way. The control shown in FIG. 11 corresponds to the case where the wall is movable, so to speak, and such control enables non-contact direct teaching.
以上2つの制御例は何れもロボツトと対象物と
の間の距離を検出したうえ、ある基準値との関係
にもとづいてロボツトを制御するようにしたもの
である。このような制御を拡張したものとして第
12図に示す如くものが考えられている。第12
図に示すものにおいては非接触センサ3以外に接
触センサとしての力センサ18もロボツトに装着
され、ハイブリツトな制御が可能となつている。 In both of the above two control examples, the distance between the robot and the object is detected, and the robot is controlled based on the relationship with a certain reference value. As an extension of such control, a system as shown in FIG. 12 has been considered. 12th
In the robot shown in the figure, a force sensor 18 as a contact sensor is also attached to the robot in addition to the non-contact sensor 3, making hybrid control possible.
例えば軸状ワーク19を穴が穿たれているワー
ク20に組付する場合を想定すれば、ロボツトは
ワーク19を把持した後はワーク20近傍まで搬
送することが必要である。ワーク20への搬送は
高速に行なわれることが望ましいが、高速搬送の
場合はワーク20に接触した時点で大きな衝撃を
受けることから、接触直前に搬送速度を小さくす
ることが必要となる。一般に接触センサのみしか
装着されていない場合は大きな衝撃で初めて接触
が検知されるか、または大きな衝撃を回避すべく
ワークは低速にて搬送されることになるが、何れ
によるとしても大きな衝撃または低速といつた不
具合を生じることになる。しかしながら、非接触
センサを併用する場合には大きな衝撃を回避し
得、しかも高速にワークを搬送することが可能と
なるものである。 For example, assuming that a shaft-shaped workpiece 19 is to be assembled to a workpiece 20 having a hole drilled therein, the robot must convey the workpiece 19 to the vicinity of the workpiece 20 after gripping the workpiece 19. Although it is desirable that the conveyance to the workpiece 20 be performed at high speed, in the case of high-speed conveyance, a large impact is received upon contact with the workpiece 20, so it is necessary to reduce the conveyance speed immediately before contact. Generally, if only a contact sensor is installed, contact will be detected only after a large impact, or the workpiece will be transported at a low speed to avoid a large impact, but regardless of whether the contact is caused by a large impact or a low speed. This will cause problems such as: However, when a non-contact sensor is used in combination, a large impact can be avoided and the workpiece can be transported at high speed.
即ち、ワーク20にワーク19が接触する直前
を非接触センサ3によつて検出したうえ搬送速度
を小さくし、ワーク19が低速搬送の状態でワー
ク20に接触した後は接触センサ18によつてワ
ーク19のワーク20への組付を行なわんとする
ものである。 That is, the non-contact sensor 3 detects the moment immediately before the workpiece 19 contacts the workpiece 20, the conveyance speed is reduced, and after the workpiece 19 contacts the workpiece 20 while being conveyed at low speed, the contact sensor 18 detects the workpiece 19. 19 is to be assembled onto the workpiece 20.
このような制御も既述の制御方式を拡張するこ
とによつて基本的には同一の方式で実現可能であ
る。式(5),(6)の代わりに式(9),(10)を用いればよい
からである。 Such control can also be realized by basically the same method by extending the control method described above. This is because equations (9) and (10) can be used instead of equations (5) and (6).
=[M]-1∫[(−r)−[C]−[K](
−r)]dt……(9)
=Δt[M]-1[(o-1−r o-1)−[K](o-
1−r o-1)]−(Δt[M]-1[C]−[I])o-1
……(10)
但し、は接触センサ(力センサ)からの力信
号を、rは力の指令値を示す。 = [M] -1 ∫ [(- r ) - [C] - [K] (
− r )] dt……(9) = Δt [M] −1 [( o-1 − r o-1 ) − [K] ( o-
1 − r o-1 )] − (Δt[M] −1 [C] − [I]) o-1
...(10) However, represents the force signal from the contact sensor (force sensor), and r represents the force command value.
したがつて、このような制御が行なわれるべく
第5図、第6図、第7図に示すものは第13図、
第14図、第15図にとつて代わられることにな
る。 Therefore, in order to perform such control, what is shown in FIGS. 5, 6, and 7 is as shown in FIG.
This will replace FIGS. 14 and 15.
以上説明したように本発明は、非接触センサに
よつてロボツトハンドと障害物などの対象物との
間の距離が一定以内であることが検出された場合
にはその検出時点でロボツトに対する制御モード
を変更するようにしたものである。したがつて、
本発明による場合は、対象物との関係でロボツト
は適切に制御され、更に接触センサを併用する場
合はそれとの協調制御も可能となつており、多種
の制御動作特性がソフト上でのパラメータを変更
するだけで容易に実現し得るなどの効果がある。
As explained above, in the present invention, when a non-contact sensor detects that the distance between the robot hand and an object such as an obstacle is within a certain range, the control mode for the robot is set at the time of detection. It was designed to change the . Therefore,
In the case of the present invention, the robot is appropriately controlled in relation to the target object, and furthermore, when a contact sensor is used together, cooperative control with it is also possible, and various control operation characteristics can be adjusted with parameters on the software. There are effects that can be easily achieved just by making changes.
第1図は、多自由度ロボツトの一例での外観を
示す図、第2図は、近傍に非接触センサが装着さ
れてなるロボツトハンドとその周辺の一例での外
観を示す図、第3図は、非接触センサによつて対
象物との間の距離を測定する様子を示す図、第4
図は、非接触センサをロボツト以外に装着する場
合での例を示す図、第5図は、本発明に係る制御
系の概要を示す図、第6図は、その制御部の詳細
をロボツト機構との関係で示す図、第7図は、そ
の制御部における要部の機能を示す図、第8図
は、主要制御部によつて行なわれる制御のステツ
プ応答を示す図、第9図、第10図は、ロボツト
ハンドの危険領域内への侵入を非接触センサによ
つて回避する制御を説明するための図、第11図
a,bは、周囲の人間を移動可とされた障害物と
見做した場合での制御と人間によるロボツトの積
極的制御を説明するための図、第12図は、接触
センサとの協調制御を説明するための図、第13
図、第14図、第15図は、その協調制御の第5
図、第6図、第7図に対応するものを示す図であ
る。
2……(ロボツト)ハンド部、3……非接触セ
ンサ、7……主要制御部、8……座標変換部、9
……関節角速度算出部、15……判定計算処理ブ
ロツク、18……力センサ(接触センサ)。
Fig. 1 is a diagram showing the external appearance of an example of a multi-degree-of-freedom robot, Fig. 2 is a diagram showing the external appearance of an example of a robot hand with a non-contact sensor attached nearby, and Fig. 3. Figure 4 shows how the distance to an object is measured by a non-contact sensor.
The figure shows an example in which the non-contact sensor is attached to a device other than a robot, FIG. 5 shows an overview of the control system according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the functions of the main parts of the control section, FIG. 8 is a diagram showing the step response of the control performed by the main control section, and FIG. Fig. 10 is a diagram for explaining control to avoid the robot hand from entering a dangerous area using a non-contact sensor, and Figs. FIG. 12 is a diagram for explaining control in a case where robots are considered and active control of a robot by a human, and FIG. 13 is a diagram for explaining cooperative control with a contact sensor.
Figures 14 and 15 show the fifth phase of the cooperative control.
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIGS. 2... (robot) hand section, 3... non-contact sensor, 7... main control section, 8... coordinate conversion section, 9
. . . Joint angular velocity calculation unit, 15 . . . Judgment calculation processing block, 18 . . . Force sensor (contact sensor).
Claims (1)
物との間の距離を検出しつつ、ロボツトハンドの
速度制御を行なう非接触センサによる多自由度ロ
ボツトの制御方法において、ロボツトハンドと対
象物との間の距離が一定距離以上であることが検
出されている状態では、ロボツトハンドに対する
外部からの指令位置と現在位置との差にロボツト
ハンドの運動を決定する、第1のパラメータとし
ての仮想バネ係数を乗算した上、該乗算結果に現
在のロボツトハンドの速度にロボツトハンドの運
動を決定する、第2のパラメータとしての仮想粘
性定数とを乗算したものを加算し、該加算結果の
時間積分値にもとづく速度でロボツトハンドが上
記指令位置に移動せしめられる一方、ロボツトハ
ンドと対象物との間の距離が一定距離未満である
ことが検出されている状態では、ロボツトハンド
に対する外部からの指令位置と現在位置との差
は、ロボツトハンドと対象物との間の距離から上
記一定距離を減算したものに置換されることで、
ロボツトハンドの速度制御モードの切替が行なわ
れるようにした、非接触センサによる多自由度ロ
ボツトのロボツトの制御方法。1 In a method for controlling a multi-degree-of-freedom robot using a non-contact sensor that controls the speed of the robot hand while detecting the distance between the robot hand and the object using a non-contact sensor, In a state where it is detected that the distance of After the multiplication, a product obtained by multiplying the current speed of the robot hand by a virtual viscosity constant as a second parameter that determines the motion of the robot hand is added to the multiplication result, and based on the time integral value of the addition result. While the robot hand is moved to the commanded position by the speed, if it is detected that the distance between the robot hand and the object is less than a certain distance, the robot hand is moved to the commanded position from the outside and the current position. The difference between the robot hand and the object is replaced by the distance between the robot hand and the object minus the fixed distance above.
A method for controlling a multi-degree-of-freedom robot using a non-contact sensor, in which the speed control mode of a robot hand is switched.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21499883A JPS60108285A (en) | 1983-11-17 | 1983-11-17 | Control system of freedom-degree robot by noncontacting sensor |
| US06/621,717 US4621332A (en) | 1983-06-20 | 1984-06-18 | Method and apparatus for controlling a robot utilizing force, position, velocity, spring constant, mass coefficient, and viscosity coefficient |
| DE8484107013T DE3476172D1 (en) | 1983-06-20 | 1984-06-19 | Method and apparatus for controlling a robot |
| EP84107013A EP0129245B1 (en) | 1983-06-20 | 1984-06-19 | Method and apparatus for controlling a robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21499883A JPS60108285A (en) | 1983-11-17 | 1983-11-17 | Control system of freedom-degree robot by noncontacting sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108285A JPS60108285A (en) | 1985-06-13 |
| JPH0438548B2 true JPH0438548B2 (en) | 1992-06-24 |
Family
ID=16665004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21499883A Granted JPS60108285A (en) | 1983-06-20 | 1983-11-17 | Control system of freedom-degree robot by noncontacting sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60108285A (en) |
Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
| JPS60141495A (en) * | 1983-12-27 | 1985-07-26 | 株式会社小松製作所 | Position detection method in welding robot |
| JPS62293408A (en) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Toyota Motor Corp | Work end driving control device |
| JP4958557B2 (en) * | 2003-12-11 | 2012-06-20 | デーヴィス,ケヴィン,ステファン | Control system |
| JP4648486B2 (en) * | 2009-01-26 | 2011-03-09 | ファナック株式会社 | Production system with cooperative operation area between human and robot |
| JP2015171735A (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-01 | 株式会社amuse oneself | Flexible arm device, and inspection diagnosing system |
| DE102015112656A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-02-02 | Sick Ag | Distance sensor |
| DE112017001677T5 (en) * | 2016-03-29 | 2018-12-13 | Life Robotics Inc. | Proximity sensor device and robot arm mechanism |
| DE112017005497T5 (en) * | 2016-10-31 | 2019-08-08 | Life Robotics Inc. | APPROXIMATION SENSOR DEVICE AND ROBOT ARM MECHANISM |
| US12447606B2 (en) | 2021-07-05 | 2025-10-21 | Mantis Robotics, Inc. | Safety system for hand-guiding a robot |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5854956B2 (en) * | 1974-12-31 | 1983-12-07 | テクノベンチヤ− カブシキガイシヤ | Gun Robot |
| JPS58158712A (en) * | 1982-03-15 | 1983-09-21 | Omron Tateisi Electronics Co | Controlling method of motion for industrial robbot |
-
1983
- 1983-11-17 JP JP21499883A patent/JPS60108285A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60108285A (en) | 1985-06-13 |
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