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JP2013220501A - Robot control method and robot control device - Google Patents

Robot control method and robot control device Download PDF

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JP2013220501A
JP2013220501A JP2012093115A JP2012093115A JP2013220501A JP 2013220501 A JP2013220501 A JP 2013220501A JP 2012093115 A JP2012093115 A JP 2012093115A JP 2012093115 A JP2012093115 A JP 2012093115A JP 2013220501 A JP2013220501 A JP 2013220501A
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JP
Japan
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joint
axis
manipulator
control
gain
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Pending
Application number
JP2012093115A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Takano
寿男 高野
Hiromitsu Ota
浩充 太田
Yasuharu Mukai
康晴 向井
Kazuya Hattori
和也 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
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Publication date
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
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Abstract

【課題】
7軸マニピュレータの冗長性を利用して、該マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御方法及びロボット制御装置を提供する。
【解決手段】
マニピュレータ10の手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、マニピュレータ10の第2関節22と第6関節26を結ぶ中心軸Oの回りで、マニピュレータ10の第4関節24が回転する回転角度Φを手動で変更可能に、速度制御ループの積分ゲインを0にし、かつ、中心軸O回りの第4関節24の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する位置制御ループのゲインを小さく設定して関節軸のサーボモータを制御する。
【選択図】図3
【Task】
Provided are a robot control method and a robot control apparatus that can easily escape from the interference state manually while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator.
[Solution]
With the current position and orientation of the hand of the manipulator 10 held, a rotation angle Φ for rotating the fourth joint 24 of the manipulator 10 around the central axis O connecting the second joint 22 and the sixth joint 26 of the manipulator 10 is set. The joint control axis can be changed manually, the integral gain of the speed control loop is set to 0, and the gain of the position control loop with respect to the joint axis is increased as the joint amount increases with the rotation of the fourth joint 24 around the central axis O. Set a small value to control the servo motor of the joint axis.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、ロボット制御方法及びロボット制御装置に関する。   The present invention relates to a robot control method and a robot control apparatus.

従来、冗長自由度を備えるロボットが障害物を回避するように制御するロボット制御装置が特許文献1、特許文献2、特許文献3、及び特許文献5で提案されている。
また、マニピュレータの先端のツールが、障害物に衝突したときに、ロボット可動部の損傷を回避するように、ロボットを停止させる技術が、特許文献4に開示されている。
Conventionally, Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, and Patent Literature 5 propose a robot control device that controls a robot having redundant degrees of freedom to avoid an obstacle.
Further, Patent Document 4 discloses a technique for stopping a robot so as to avoid damage to a robot movable portion when a tool at the tip of a manipulator collides with an obstacle.

これらの技術は、衝突回避或いは衝突した場合のツール、ワーク等の損傷防止に役立つ技術である。
また、特許文献6では、位置制御ゲイン及び速度制御ループの比例ゲイン、及び積分器の出力を予め設定された値に低下させて、サーボモータを駆動し、前記サーボモータで駆動される被駆動体を手動で移動することができるサーボ制御方法が提案されている。
These techniques are techniques that are useful for avoiding collisions or preventing damage to tools, workpieces, and the like when a collision occurs.
Further, in Patent Document 6, the position control gain, the proportional gain of the speed control loop, and the output of the integrator are lowered to preset values, the servo motor is driven, and the driven body driven by the servo motor A servo control method has been proposed that can be moved manually.

特開平5−228864号公報JP-A-5-228864 特開平5−285863号公報JP-A-5-285863 特開平9−314487号公報JP-A-9-314487 特開2002−283276号公報JP 2002-283276 A 特開2005−14108号公報JP-A-2005-14108 特開平6−332538号公報JP-A-6-332538

上記した特許文献1乃至特許文献5は、マニピュレータと障害物との衝突を事前に回避する技術或いは衝突時のツール等の損傷防止を回避するものであるが、障害物を挟み込みした場合において、どのようにマニピュレータを挟み込み状態から復帰させるかについては提案されていない。特に、マニピュレータのリンクと固定物との間に物が挟み込まれた場合についての対処法については開示されていない。   Patent Documents 1 to 5 described above are techniques for avoiding a collision between a manipulator and an obstacle in advance or preventing damage to a tool or the like at the time of the collision. It has not been proposed how to return the manipulator from the sandwiched state. In particular, there is no disclosure on how to deal with a case where an object is sandwiched between a manipulator link and a fixed object.

なお、特許文献6では、7軸ロボットにおける冗長性を利用したものではなく、マニピュレータの手先位置姿勢を拘束した状態で、マニピュレータを手動で移動できないものとなっている。   In Patent Document 6, the redundancy in the 7-axis robot is not used, and the manipulator cannot be manually moved in a state where the hand position / posture of the manipulator is constrained.

本発明の目的は、7軸マニピュレータの冗長性を利用して、該マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御方法及びロボット制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a robot control method and a robot control device that can easily escape from an interference state manually while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator. There is to do.

上記問題点を解決するために、請求項1の発明は、位置制御ループ及び速度制御ループを備える制御系にて、固定側から順に第1関節から第7関節を有する7軸マニピュレータの各関節軸の回転系アクチュエータを制御するロボットの制御方法において、前記マニピュレータの手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、前記マニピュレータの第2関節と第6関節を結ぶ軸(以下、中心軸という)の回りで、前記マニピュレータの第4関節が回転する回転角度を手動で変更可能に、前記速度制御ループの積分ゲインを0にし、かつ、前記中心軸回りの前記第4関節の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する前記位置制御ループのゲインを小さく設定して当該関節軸の回転系アクチュエータを制御することを特徴とするロボット制御方法を要旨としている。   In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a control system including a position control loop and a speed control loop. Each joint axis of a seven-axis manipulator having a first joint to a seventh joint in order from the fixed side. In the robot control method for controlling the rotary actuator of the above-mentioned, around the axis connecting the second joint and the sixth joint of the manipulator (hereinafter referred to as the central axis) while maintaining the current position and orientation of the hand of the manipulator Thus, the rotation angle at which the fourth joint of the manipulator rotates can be manually changed, the integral gain of the speed control loop is set to 0, and the amount of rotation accompanying the rotation of the fourth joint around the central axis is large. The position of the joint axis is set to a smaller gain in the position control loop, and the rotation system actuator of the joint axis is controlled. It has a robot control method and gist.

請求項2の発明は、位置制御ループ及び速度制御ループを備える制御系にて、固定側から順に第1関節から第7関節を有する7軸マニピュレータの各関節軸の回転系アクチュエータを制御するロボット制御装置において、前記制御系には、前記マニピュレータの手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、前記マニピュレータの第2関節と第6関節を結ぶ軸(以下、中心軸という)の回りで、前記マニピュレータの第4関節が回転する回転角度を手動で変更可能に、前記速度制御ループの積分ゲインを0にする第1設定部と、前記中心軸回りの前記第4関節の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する前記位置制御ループのゲインを小さく設定する第2設定部と、前記第2設定部で設定した位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、前記第1設定部で設定した積分ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御する制御部を含むことを特徴とするロボット制御装置を要旨としている。   According to a second aspect of the present invention, in a control system including a position control loop and a speed control loop, robot control is performed for controlling a rotation system actuator for each joint axis of a seven-axis manipulator having first to seventh joints in order from the fixed side. In the apparatus, the control system includes the manipulator around an axis (hereinafter referred to as a central axis) connecting the second joint and the sixth joint of the manipulator while maintaining the current position and orientation of the hand of the manipulator. A first setting unit that sets the integral gain of the speed control loop to 0 and a rotation amount associated with the rotation of the fourth joint around the central axis is large so that the rotation angle of the fourth joint can be manually changed A second setting unit that sets a smaller gain of the position control loop for the joint axis, and a gain of the position control loop set by the second setting unit. Performs location control, are summarized as robot control apparatus characterized in that it comprises a control unit for controlling the rotation system actuators of the said articulation axis to perform proportional-plus-integral control with integral gain set by the first setting unit.

請求項3の発明は、請求項1において、通常状態モードと非常状態モードのモード切替操作部を備え、通常状態モードのときは、前記制御部は、予め設定された位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された積分ゲイン及び比例ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御し、非常状態モードのときは、前記第2設定部で設定した位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された比例ゲイン及び前記第1設定部で設定した積分ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御することを特徴とする。   A third aspect of the present invention includes the mode switching operation unit of the normal state mode and the emergency state mode according to the first aspect. In the normal state mode, the control unit is positioned at a preset gain of the position control loop. In addition to performing control, proportional integral control is performed with a preset integral gain and proportional gain to control the rotation system actuator of the joint axis. In the emergency state mode, the position control loop set by the second setting unit In addition, the position control is performed with the above-mentioned gain, and the proportional-integral control is performed with the preset proportional gain and the integral gain set by the first setting unit to control the rotation system actuator of the joint axis.

請求項1の発明によれば、7軸マニピュレータの冗長性を利用して、該マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御方法を提供できる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a robot control method that can easily escape from the interference state manually while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator. .

請求項2の発明によれば、7軸マニピュレータの冗長性を利用して、該マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御装置を提供できる。   According to the invention of claim 2, a robot control device can be provided that can easily escape from the interference state manually while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator. .

請求項3の発明によれば、モード切替操作部により非常状態モードに切り替えられたとき、請求項2の効果を容易に実現できる。   According to the invention of claim 3, the effect of claim 2 can be easily realized when the mode switching operation unit is switched to the emergency state mode.

一実施形態の冗長自由度を有するマニピュレータのスケルトン図。The skeleton figure of the manipulator which has the redundancy degree of freedom of one Embodiment. 一実施形態のロボット制御装置の概略構成図。The schematic block diagram of the robot control apparatus of one Embodiment. 一実施形態の姿勢パラメータの説明図。Explanatory drawing of the attitude | position parameter of one Embodiment. 一実施形態のロボット制御装置が実行する非常状態モードのプログラムのフローチャート。The flowchart of the program of the emergency mode which the robot control apparatus of one Embodiment performs. 非常状態モードのときの位置制御ループ及び速度制御ループのブロック線図。The block diagram of the position control loop and speed control loop at the time of emergency mode. 通常状態モードのときの位置制御ループ及び速度制御ループのブロック線図。The block diagram of the position control loop and speed control loop at the time of normal state mode.

以下、本発明を具体化した一実施形態の7軸マニピュレータを制御するロボット制御装置及びロボット制御方法を図1〜図6を参照して説明する。
まず、本実施形態の作業自由度に対して冗長自由度を有するマニピュレータについて説明する。
A robot control apparatus and a robot control method for controlling a seven-axis manipulator according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, a manipulator having a redundancy degree of freedom with respect to the work degree of freedom of the present embodiment will be described.

図1に示すように、マニピュレータ10は、8個のリンク11〜18が7個の関節21〜27により直列に連結されて形成されている。多関節ロボットであるマニピュレータ10は、7個の関節21〜27においてリンク12〜18が旋回することのできる7自由度(自由度n=7)を有するロボットであり、その作業空間の次元数(次元数m)は6であって、1(=n−m)の冗長性を有する。   As shown in FIG. 1, the manipulator 10 is formed by connecting eight links 11 to 18 in series by seven joints 21 to 27. The manipulator 10 which is an articulated robot is a robot having seven degrees of freedom (degrees of freedom n = 7) in which the links 12 to 18 can rotate at the seven joints 21 to 27, and the number of dimensions of the work space ( The number of dimensions m) is 6, which has a redundancy of 1 (= nm).

第1リンク11は一端が床面FLに固定され、他端が第1関節21の一側に接続されている。第1関節21の他側には、第2リンク12の一端が接続され、第2リンク12の他端には第2関節22の一側が接続されている。以下同様に、第3リンク13、第4リンク14、第5リンク15、第6リンク16、第7リンク17及び第8リンク18が、それぞれ第3関節23、第4関節24、第5関節25、第6関節26及び第7関節27を介して順に連結されている。   One end of the first link 11 is fixed to the floor surface FL, and the other end is connected to one side of the first joint 21. One end of the second link 12 is connected to the other side of the first joint 21, and one side of the second joint 22 is connected to the other end of the second link 12. Similarly, the third link 13, the fourth link 14, the fifth link 15, the sixth link 16, the seventh link 17, and the eighth link 18 are respectively connected to the third joint 23, the fourth joint 24, and the fifth joint 25. The sixth joint 26 and the seventh joint 27 are connected in order.

第1関節21の他側は一側に対して、矢印31に示すように、図1において上下方向に延びる軸を中心に回転可能とされており、これにより、第2リンク12は隣接する第1リンク11に対して、第1関節21の回転軸(J1軸)を中心に矢印31方向に旋回可能である。   The other side of the first joint 21 is rotatable with respect to one side about an axis extending in the vertical direction in FIG. 1 as indicated by an arrow 31, whereby the second link 12 is adjacent to the second link 12. With respect to one link 11, it can turn in the direction of arrow 31 around the rotation axis (J1 axis) of the first joint 21.

また、第2関節22の他側は一側に対して、矢印32に示すように、図1において紙面に垂直な方向に延びる軸(J2軸)を中心に回転可能とされている。これにより、第3リンク13は隣接する第2リンク12に対して、第2関節22の回転軸を中心に矢印32方向、すなわち、上下方向に回転可能である。   Further, the other side of the second joint 22 is rotatable with respect to one side about an axis (J2 axis) extending in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. Accordingly, the third link 13 can rotate in the direction of the arrow 32 around the rotation axis of the second joint 22, that is, in the vertical direction with respect to the adjacent second link 12.

以下、第3関節23、第4関節24、第5関節25、第6関節26及び第7関節27についてもそれぞれ、回転可能とされており、第4リンク14、第5リンク15、第6リンク16、第7リンク17及び第8リンク18も、それぞれ関節23〜27の回転軸(J3軸〜J7軸)を中心に、矢印33〜37方向に旋回可能である。尚、本願の全体にわたって、第1関節21〜27を介して連結されているリンク11〜18同士を、互いに隣接するリンク11〜18という。また、J1軸〜J7軸は、関節軸に相当する。   Hereinafter, the third joint 23, the fourth joint 24, the fifth joint 25, the sixth joint 26, and the seventh joint 27 are also rotatable, and the fourth link 14, the fifth link 15, and the sixth link. 16, the seventh link 17 and the eighth link 18 can also turn in the directions of arrows 33 to 37 around the rotation axes (J3 axis to J7 axis) of the joints 23 to 27, respectively. Note that, throughout the present application, the links 11 to 18 connected through the first joints 21 to 27 are referred to as adjacent links 11 to 18. Further, the J1 axis to the J7 axis correspond to joint axes.

なお、J2軸、J4軸及びJ6軸の回転方向は、図1に示すように、重力加速度が働く方向と一致している。
図1に示すように、第1関節21には第1サーボモータ41が取り付けられており、電力が供給されることにより、第2リンク12を図示しない減速機を介して第1リンク11に対して旋回させる。
Note that the rotation directions of the J2, J4, and J6 axes coincide with the direction in which the gravitational acceleration acts as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a first servo motor 41 is attached to the first joint 21, and when power is supplied, the second link 12 is connected to the first link 11 via a reduction gear (not shown). And turn.

また、第2関節22には第2サーボモータ42が取り付けられており、電力が供給されることにより、第3リンク13を図示しない減速機を介して第2リンク12に対して旋回させる。以下、同様に、第3関節23、第4関節24、第5関節25、第6関節26及び第7関節27にはそれぞれサーボモータ43〜47が取り付けられており、電力が供給されることにより、各々リンク14〜18を図示しない減速機を介して旋回させる。   Further, a second servo motor 42 is attached to the second joint 22, and when the electric power is supplied, the third link 13 is turned with respect to the second link 12 via a reduction gear (not shown). Similarly, servo motors 43 to 47 are attached to the third joint 23, the fourth joint 24, the fifth joint 25, the sixth joint 26, and the seventh joint 27, respectively, and are supplied with power. Each of the links 14 to 18 is turned through a reduction gear (not shown).

なお、各モータは、各関節内に設けられるが、図1では、説明の便宜上、関節とは分離して図示している。また、本実施形態では回転系アクチュエータとしてサーボモータであるACモータが使用されているが、限定されるものではない。   In addition, although each motor is provided in each joint, in FIG. 1, for convenience of explanation, it is illustrated separately from the joint. In this embodiment, an AC motor, which is a servo motor, is used as the rotary actuator, but the present invention is not limited to this.

第8リンク18の先端には、エンドエフェクタとしてのツール49が取り付けられている。ツール49は第8リンク18とともに、第7関節27の回転軸(J7軸)を中心に図1に示すように矢印37方向に旋回可能とされている。ツール49は、例えば、ワーク等を把持可能なハンドである。なお、ツール49の種類は、本発明とは関係しないため、限定されるものではない。   A tool 49 as an end effector is attached to the tip of the eighth link 18. Along with the eighth link 18, the tool 49 can turn in the direction of the arrow 37 as shown in FIG. 1 around the rotation axis (J7 axis) of the seventh joint 27. The tool 49 is, for example, a hand that can grip a work or the like. The type of tool 49 is not limited because it is not related to the present invention.

上述したようにマニピュレータ10は、第1サーボモータ41〜第7サーボモータ47を駆動して第2リンク12〜第8リンク18を回転させることにより、第2リンク12〜第8リンク18の回転角度が累積して先端部にあるツール49に働くため、ツール49の先端の位置および姿勢を、その作業内容に応じた目標位置および目標姿勢に一致させることが可能である。   As described above, the manipulator 10 rotates the second link 12 to the eighth link 18 by driving the first servo motor 41 to the seventh servo motor 47 to rotate the second link 12 to the eighth link 18. Are accumulated and work on the tool 49 at the tip, so that the position and posture of the tip of the tool 49 can be matched with the target position and posture according to the work content.

次に、図2を参照して、前記マニピュレータ10を制御するロボット制御装置としてのコントローラRCを中心とした多関節ロボットの電気的な構成を説明する。
コントローラRCは、コンピュータ90と、コンピュータ90に電気的に接続されたPWMジェネレータ51〜57と、PWMジェネレータ51〜57に電気的に接続されたサーボアンプ61〜67を有する。各サーボアンプ61〜67はそれぞれ第1サーボモータ41〜第7サーボモータ47に電気的に接続されている。
Next, with reference to FIG. 2, an electrical configuration of an articulated robot centering on a controller RC as a robot control device for controlling the manipulator 10 will be described.
The controller RC includes a computer 90, PWM generators 51 to 57 electrically connected to the computer 90, and servo amplifiers 61 to 67 electrically connected to the PWM generators 51 to 57. The servo amplifiers 61 to 67 are electrically connected to the first servo motor 41 to the seventh servo motor 47, respectively.

コンピュータ90は、制御指令をPWMジェネレータ51〜57に出力し、PWMジェネレータ51〜57は、当該制御指令に基づいてPWM信号をサーボアンプ61〜67に出力する。サーボアンプ61〜67は、その出力に応じてサーボモータ41〜47を作動させることにより、各リンク12〜18を回転させる。   The computer 90 outputs a control command to the PWM generators 51 to 57, and the PWM generators 51 to 57 output a PWM signal to the servo amplifiers 61 to 67 based on the control command. The servo amplifiers 61 to 67 rotate the links 12 to 18 by operating the servo motors 41 to 47 according to the output.

前記サーボモータ41〜47にはロータリエンコーダ71〜77が内蔵されており、インターフェイス80を介してコンピュータ90と接続されている。ロータリエンコーダ71〜77は、各々のサーボモータ41〜47の回動角度を検出することにより、すなわち、リンク12〜18のそれぞれが隣接するリンク11〜17に対する回転角度(なお、関節軸の関節角度ということがある)を検出して、その検出信号をコントローラRCに送信する。ロータリエンコーダ71〜77は、回転角度検出器に相当する。なお、回転角度検出器としては、ロータリエンコーダに限定するものではなく、レゾルバ、或いは、ポテンショメータであってもよい。   The servo motors 41 to 47 incorporate rotary encoders 71 to 77 and are connected to a computer 90 via an interface 80. The rotary encoders 71 to 77 detect the rotation angles of the servo motors 41 to 47, that is, the rotation angles of the links 12 to 18 with respect to the adjacent links 11 to 17 (the joint angles of the joint axes). And the detection signal is transmitted to the controller RC. The rotary encoders 71 to 77 correspond to a rotation angle detector. The rotation angle detector is not limited to a rotary encoder, and may be a resolver or a potentiometer.

なお、第1サーボモータ41〜第7サーボモータ47に対してロータリエンコーダ71〜77を設ける代わりに、リンク11〜18または第1関節21〜第7関節27に、リンク11〜18の回転角度(関節軸の関節角度)を直接に検出可能なセンサを取り付けてもよい。   Instead of providing the rotary encoders 71 to 77 with respect to the first servo motor 41 to the seventh servo motor 47, the rotation angles of the links 11 to 18 are connected to the links 11 to 18 or the first joint 21 to the seventh joint 27 ( A sensor capable of directly detecting the joint angle of the joint axis may be attached.

前記コンピュータ90は、CPU91、ROM92、RAM93、及びハードディスク等の不揮発性の記憶部94、及びインターフェイス95等を備え、バス96を介して電気的に接続されている。   The computer 90 includes a CPU 91, ROM 92, RAM 93, a nonvolatile storage unit 94 such as a hard disk, an interface 95, and the like, and is electrically connected via a bus 96.

記憶部94には、各種データ、ロボットに各種作業を行わせるための作業プログラム、各種パラメータ等が記憶されている。すなわち、本実施形態のロボットは、ティーチングプレイバック方式で作動するロボットであり、前記作業プログラムが実行されることにより、前記マニピュレータ10が動作する。ROM92は、システム全体のシステムプログラムが記憶されている。RAM93は、CPU91の作業用のメモリであって、各種演算等が実行されるときに一時的にデータが格納される。CPU91は、第1設定部、第2設定部、及び制御部に相当する。   The storage unit 94 stores various data, work programs for causing the robot to perform various operations, various parameters, and the like. That is, the robot of the present embodiment is a robot that operates in a teaching playback system, and the manipulator 10 operates when the work program is executed. The ROM 92 stores system programs for the entire system. The RAM 93 is a working memory for the CPU 91, and temporarily stores data when various calculations are executed. The CPU 91 corresponds to a first setting unit, a second setting unit, and a control unit.

コントローラRCには入力装置82が前記インターフェイス95を介して接続されている。入力装置82は、図示しないモニター画面及び各種入力キー等を有する操作盤であり、ユーザーが各種のデータを入力操作可能とされている。入力装置82は、多関節ロボットの電源スイッチが設けられるとともに、コンピュータ90に対して、マニピュレータ10の先端部にあるツール49の先端(以下、手先という)の最終目標位置および最終目標姿勢、ツール49の先端の補間点における位置および姿勢の入力、並びに、冗長性を利用したマニピュレータ10の姿勢変更のためのジョグ操作等による入力が可能となっている。また、入力装置82は、図示しないモード切替キーを備えており、該モード切替キーの通常状態モードまたは非常状態モードのモード選択が可能となっている。入力装置82はモード切替操作部に相当する。   An input device 82 is connected to the controller RC via the interface 95. The input device 82 is an operation panel having a monitor screen (not shown) and various input keys. The user can input various data. The input device 82 is provided with a power switch for an articulated robot, and with respect to the computer 90, the final target position and final target posture of the tip of the tool 49 (hereinafter referred to as the hand) at the tip of the manipulator 10; It is possible to input the position and orientation at the interpolation point at the tip of the head and the jog operation for changing the posture of the manipulator 10 using redundancy. Further, the input device 82 includes a mode switching key (not shown), and the mode switching key can be selected between a normal state mode and an emergency state mode. The input device 82 corresponds to a mode switching operation unit.

(実施形態の作用)
次に、本実施形態による多関節ロボットのコントローラRCの作用を図4〜図6を参照して説明する。
(Operation of the embodiment)
Next, the operation of the controller RC of the articulated robot according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

(通常状態モード)
まず、入力装置82の図示しないモード切替キーにより、通常状態モードが選択されている場合、コントローラRCのCPU91は、作業プログラムに書き込まれている教示点(最終目標位置、並びにツール49の先端の補間点における位置)に手先を位置させるように、マニピュレータ10の各関節軸のサーボモータ41〜47を制御する。
(Normal mode)
First, when the normal mode is selected by a mode switching key (not shown) of the input device 82, the CPU 91 of the controller RC interpolates the teaching points (final target position and the tip of the tool 49) written in the work program. The servomotors 41 to 47 of each joint axis of the manipulator 10 are controlled so that the hand is positioned at the position at the point.

すなわち、CPU91は、教示点が記述されているステップ毎に、記憶部94の作業プログラムに書き込まれている教示点(手先位置)、手先姿勢及び速度データをRAM93の所定領域にセットした後、公知の方法で各関節軸のサーボモータ41〜47を制御するのである。なお、手先位置及び手先姿勢を合わせて手先位置姿勢という。   That is, for each step in which the teaching point is described, the CPU 91 sets the teaching point (hand position), hand posture and speed data written in the work program in the storage unit 94 in a predetermined area of the RAM 93 and The servo motors 41 to 47 of each joint axis are controlled by this method. The hand position and hand posture are collectively referred to as the hand position and posture.

通常状態モードで行われているコントローラRCの制御系の動作を図6で示す制御系のブロック線図を用いて説明する。なお、説明の便宜上、各構成部材の符号を、既に説明した各構成部材の符号と同一にして説明する。なお、図6において、一点鎖線から左側は、コントローラRC側の動作を表わし、右側は、サーボモータ側の動作を表わしている。   The operation of the control system of the controller RC performed in the normal state mode will be described with reference to the control system block diagram shown in FIG. For convenience of explanation, the reference numerals of the constituent members are the same as those of the constituent members already described. In FIG. 6, the left side from the alternate long and short dash line represents the operation on the controller RC side, and the right side represents the operation on the servo motor side.

図6に示すように、コントローラRCにおいては、まずCPU91が、RAM93に格納された作業プログラムに記述されているツール49の目標位置及び目標姿勢に基づいて逆変換演算を行って求めた各サーボモータの回転位置を位置指令θs*とする。   As shown in FIG. 6, in the controller RC, the CPU 91 first obtains each servo motor obtained by performing an inverse conversion calculation based on the target position and target posture of the tool 49 described in the work program stored in the RAM 93. Is the position command θs *.

この位置指令θs*と、ロータリエンコーダ71〜77にて求めた各サーボモータ41〜47の実位置θkとの偏差を算出する。なお、前記ロータリエンコーダ71〜77は作業プログラムでの制御周期よりも、十分に短い検出周期で回転角度(すなわち、関節角度)を検出している。   A deviation between this position command θs * and the actual position θk of each of the servo motors 41 to 47 obtained by the rotary encoders 71 to 77 is calculated. The rotary encoders 71 to 77 detect the rotation angle (that is, the joint angle) at a detection cycle sufficiently shorter than the control cycle in the work program.

そして、この算出した位置偏差に、位置制御部110では、P制御(比例制御)にて、予め設定されている位置ゲインK0を乗じて、サーボモータの目標速度(速度指令ωs*)を算出する。位置ゲインK0は、位置制御ループのゲインである。   Then, the position control unit 110 calculates the target speed (speed command ωs *) of the servo motor by multiplying the calculated position deviation by a preset position gain K0 in P control (proportional control). . The position gain K0 is a gain of the position control loop.

さらにこの速度指令ωs*と、実位置θkから求められた各サーボモータ41〜47の実速度ωとの速度偏差に、速度制御部120では、PID制御にて、予め設定されている所定の速度ゲインK1を乗じて、各サーボモータ41〜47に対する電流指令iq*を算出し、この電流指令iq*を電流制御部130に出力する。ここでの速度ゲインK1は、PID制御における比例制御の比例ゲインKv、積分制御の積分ゲインKi及び微分制御の微分ゲインKを総合したものであり、各ゲインは予め設定されたものである。なお、通常状態モードでは積分ゲインKiは0とは異なる値である。ここでは、実速度ωがフィードバックされた速度制御ループが構成されている。 Further, the speed control unit 120 uses a predetermined speed that is set in advance by PID control to the speed deviation between the speed command ωs * and the actual speed ω of each servo motor 41 to 47 obtained from the actual position θk. The gain K1 is multiplied to calculate a current command iq * for each of the servo motors 41 to 47, and this current command iq * is output to the current control unit 130. Speed gains K1 herein is obtained by overall proportional gain Kv of the proportional control in the PID control, the differential gain K D integral gain Ki and differential control of the integral control, the gain is one that is set in advance. In the normal mode, the integral gain Ki is a value different from zero. Here, a speed control loop in which the actual speed ω is fed back is configured.

電流制御部130は、図示しない電流検出回路にて検出された各サーボモータ41〜47の実電流をA/D変換して取り込み、この実電流iqが電流指令となるように、制御指令を出力して図2に示す前記PWMジェネレータ51〜57にてPWM信号を生成する。ここでは、実電流iqがフィードバックされた電流制御ループが構成されている。   The current control unit 130 takes in the actual currents of the servomotors 41 to 47 detected by a current detection circuit (not shown) by A / D conversion, and outputs a control command so that the actual current iq becomes a current command. The PWM generators 51 to 57 shown in FIG. Here, a current control loop in which the actual current iq is fed back is configured.

具体的には、電流指令iq*と実電流iqとの電流偏差に対して、PI制御にて所定の電流ゲインK2を乗じることにより、PWM信号を生成する。そして、この生成したPWM信号を各サーボアンプ61〜67に出力し、各サーボモータ41〜47の通電電流を制御する。なお、図6において、実電流をA/D変換にて取り込む手順を表わすブロックP6に記載のKA/D は、実電流をデジタル値に変換する際の変換定数を表わす。   Specifically, the PWM signal is generated by multiplying the current deviation between the current command iq * and the actual current iq by a predetermined current gain K2 by PI control. The generated PWM signal is output to each of the servo amplifiers 61 to 67, and the energization current of each of the servo motors 41 to 47 is controlled. In FIG. 6, KA / D described in block P6 representing the procedure for taking in the actual current by A / D conversion represents a conversion constant for converting the actual current into a digital value.

この結果、各サーボモータ41〜47のモータ巻線には、各サーボアンプ61〜67から、PWM信号に応じて駆動電圧が印加され、モータ巻線の端子電圧は、この駆動電圧と、モータの回転角速度に逆起電力定数Keを乗じて得られる逆起電圧とを合成した電圧となる。そして、各モータ巻線には、この端子電圧に、モータインダクタンスL及びモータ抵抗Rをパラメータとする係数{1/(Ls+R)}を乗じた電流(つまり実電流)が流れる。   As a result, a drive voltage is applied to the motor windings of the servo motors 41 to 47 from the servo amplifiers 61 to 67 in accordance with the PWM signal. A voltage obtained by synthesizing the counter electromotive force obtained by multiplying the rotational angular velocity by the counter electromotive force constant Ke is obtained. A current (that is, an actual current) obtained by multiplying the terminal voltage by a coefficient {1 / (Ls + R)} having the motor inductance L and the motor resistance R as parameters flows through each motor winding.

また、モータ巻線に電流が流れると、各サーボモータ41〜47においては、回転子に、実電流とトルク定数Ktとにより決定されるモータトルクTMが発生し、モータ軸のイナーシャJによる遅れ(1/J)を伴って回転角加速度が発生し、その回転角加速度を積分(1/S)した回転速度に制御される。そして、この回転速度を積分(1/S)した回転位置が、各サーボモータ41〜47に設けられたロータリエンコーダ等のセンサにて検出され、その検出信号がコントローラRC内にフィードバックされる。このようにして、コントローラRCは、各サーボモータ41〜47の回転位置,速度をフィードバック制御するサーボ系の制御装置として構成され、各サーボモータ41〜47の回転位置、及びツール49の位置を制御する。   Further, when a current flows through the motor winding, in each servo motor 41 to 47, a motor torque TM determined by the actual current and the torque constant Kt is generated in the rotor, and a delay due to the inertia J of the motor shaft ( Rotational angular acceleration is generated with 1 / J), and is controlled to a rotational speed obtained by integrating (1 / S) the rotational angular acceleration. A rotational position obtained by integrating (1 / S) the rotational speed is detected by a sensor such as a rotary encoder provided in each servo motor 41 to 47, and the detection signal is fed back into the controller RC. In this way, the controller RC is configured as a servo control device that feedback-controls the rotational position and speed of each servo motor 41 to 47, and controls the rotational position of each servo motor 41 to 47 and the position of the tool 49. To do.

(非常状態モード)
次に、非常状態モードについて説明する。
上記のように通常状態モードで、マニピュレータ10が作動している際、第2〜第6関節のいずれかの部位が、ワークまたはマニピュレータ10の作業領域にある障害物に干渉したとする。このように干渉した場合、マニピュレータ10に設けられている図示しない衝突検出センサ等の干渉センサが干渉を検出し、CPU91に干渉検出信号を出力する。
(Emergency mode)
Next, the emergency mode will be described.
When the manipulator 10 is operating in the normal state mode as described above, it is assumed that any part of the second to sixth joints interferes with an obstacle in the work area of the work or the manipulator 10. In the case of such interference, an interference sensor such as a collision detection sensor (not shown) provided in the manipulator 10 detects the interference and outputs an interference detection signal to the CPU 91.

この干渉検出信号に基づいて、CPU91は、各関節軸のサーボアンプ61〜67の電源を切断すると同時に、公知の図示しないブレーキ制御回路を動作させる。前記ブレーキ制御回路はサーボモータ41〜47に設けられた図示しないマグネットブレーキに対して直ちにブレーキを掛けるよう制御して制動する。この制動により、マニピュレータ10の各関節軸は、現在の位置で停止する。   Based on this interference detection signal, the CPU 91 turns off the power supply of the servo amplifiers 61 to 67 for each joint axis and simultaneously operates a known brake control circuit (not shown). The brake control circuit controls and brakes a magnet brake (not shown) provided in the servomotors 41 to 47 so as to immediately apply a brake. By this braking, each joint axis of the manipulator 10 stops at the current position.

この状態で、作業者は、入力装置82の図示しないモード切替キーを操作する。この操作により、コントローラRCのCPU91は、通常状態モードから非常状態モードに切り替え、図4のフローチャートで示す非常状態モードのプログラムを実行する。   In this state, the operator operates a mode switching key (not shown) of the input device 82. By this operation, the CPU 91 of the controller RC switches from the normal state mode to the emergency state mode, and executes the emergency state mode program shown in the flowchart of FIG.

また、CPU91は、非常状態モードに切りかわったときの、手先位置姿勢を記憶部94に記憶する。
なお、このプログラムの実行を開始した後、後述するS10〜S30の処理を最初に行った後、CPU91は、各関節軸のサーボアンプ61〜67の電源をオンすると同時に、図示しないブレーキ制御回路を動作させて図示しないマグネットブレーキの制動を解除する。
Further, the CPU 91 stores the hand position / posture in the storage unit 94 when switching to the emergency mode.
After the execution of this program is started, the processing of S10 to S30 described later is first performed, and then the CPU 91 turns on the power of the servo amplifiers 61 to 67 of each joint axis, and simultaneously installs a brake control circuit (not shown). Operate to release the braking of a magnet brake (not shown).

(S10)
S10では、CPU91は、図5に示すように各関節軸のサーボモータの速度制御ループの積分ゲインKiを0に設定する。
(S10)
In S10, the CPU 91 sets the integral gain Ki of the speed control loop of the servo motor for each joint axis to 0 as shown in FIG.

(S20)
S20では、手先位置姿勢を保持(拘束)した状態において、マニピュレータ10の現在位置における各関節軸のΔΦ/Δθiを計算する。ΔΦ/Δθiは、微小量の後述する姿勢パラメータΦが移動したときの、各関節軸の微小量の回転角度θi(i=1〜7)の比である。
(S20)
In S20, ΔΦ / Δθi of each joint axis at the current position of the manipulator 10 is calculated in a state where the hand position / posture is held (restrained). ΔΦ / Δθi is a ratio of a minute amount of rotation angle θi (i = 1 to 7) of each joint axis when a minute amount of posture parameter Φ described later moves.

ΔΦ/Δθiの算出方法を説明する前に、姿勢パラメータΦについて説明する。
図3に示すように姿勢パラメータΦは、冗長自由度を有する前記マニピュレータ10が、手先位置を固定した場合、すなわち、手先位置姿勢を拘束した場合において、その冗長自由度により許容されるリンク位置姿勢を示すものである。図3に示すようにマニピュレータ10の第4関節24は、第2関節22(以下、第1基準点Wという)を中心とし、第3リンク13〜第4リンク14のリンク長の合計を半径とした球A1と、第6関節26(以下、第2基準点Kという)を中心とし、第5リンク15〜第6リンク16のリンク長の合計を半径とする球A2とが形成する交差円E上の移動が可能である。従って、この交差円E上に第4関節24が位置するようにして、リンク位置姿勢が変わる。
Before describing the method of calculating ΔΦ / Δθi, the posture parameter Φ will be described.
As shown in FIG. 3, when the manipulator 10 having a redundant degree of freedom fixes the hand position, that is, when the hand position and posture are constrained, the link position and posture allowed by the redundant degree of freedom is shown. Is shown. As shown in FIG. 3, the fourth joint 24 of the manipulator 10 is centered on the second joint 22 (hereinafter referred to as a first reference point W), and the total link length of the third link 13 to the fourth link 14 is defined as a radius. The intersection circle E formed by the sphere A1 and the sphere A2 centered on the sixth joint 26 (hereinafter referred to as the second reference point K) and having the radius of the total link length of the fifth link 15 to the sixth link 16 It is possible to move up. Accordingly, the link position / posture changes so that the fourth joint 24 is positioned on the intersecting circle E.

図3示すように、前記交差円Eの中心を通る中心軸Oは、第1基準点W(第2関節22中心)と第2基準点K(第6関節26中心)を通過する中心軸Oである。第4関節24はこの交差円E上に位置するため、姿勢パラメータΦは、交差円E上のリンク位置姿勢を示すことができる。そこで、交差円E上の適宜の位置Rから、変更された位置までの角度を、ここでは、姿勢パラメータΦとして定義されている。本実施形態では位置Rは、第4関節24の現在位置とする。姿勢パラメータΦは、中心軸Oの回りで、第4関節24が回転する回転角度である。姿勢パラメータΦを回転角度Φということがある。   As shown in FIG. 3, the central axis O passing through the center of the intersecting circle E is a central axis O passing through the first reference point W (center of the second joint 22) and the second reference point K (center of the sixth joint 26). It is. Since the fourth joint 24 is located on the cross circle E, the posture parameter Φ can indicate the link position and posture on the cross circle E. Therefore, the angle from the appropriate position R on the intersecting circle E to the changed position is defined here as the posture parameter Φ. In the present embodiment, the position R is the current position of the fourth joint 24. The posture parameter Φ is a rotation angle around which the fourth joint 24 rotates around the central axis O. The posture parameter Φ is sometimes referred to as a rotation angle Φ.

(ΔΦ/Δθiの算出方法)
前述の通常状態モードでは、手先位置姿勢から各関節軸の関節角度を求めるために逆変換演算が行われており、第1関節21〜第7関節27の関節角度θ1,θ2,θ3,…,θ7とし、手先座標(x,y,z)及び手先姿勢(a,b,c)とすると、ベクトルθ及び手先位置姿勢Xは下記のように表される。
(Calculation method of ΔΦ / Δθi)
In the above-described normal state mode, inverse transformation calculation is performed in order to obtain the joint angle of each joint axis from the hand position / posture, and the joint angles θ1, θ2, θ3,. Assuming that θ7 is the hand coordinates (x, y, z) and the hand posture (a, b, c), the vector θ and the hand position / posture X are expressed as follows.

また、各関節角度θ1,θ2,θ3,…,θ7は、式(2)に示すように表すことができ、これらの式は、逆変換式である。 Each joint angle θ1, θ2, θ3,..., Θ7 can be expressed as shown in equation (2), and these equations are inverse transformation equations.

前記式(2)により、手先位置姿勢Xと姿勢パラメータΦにより、各関節角度θ1,θ2,θ3,…,θ7を算出できる。   By the above equation (2), the joint angles θ1, θ2, θ3,..., Θ7 can be calculated from the hand position / posture X and the posture parameter Φ.

これらの関係から、CPU91は、微分が可能であれば、式(2)に基づいて仮定の微小量ΔΦにおける、Δθiを算出する。微分ができない場合は、CPU91は、式(3)及び式(4)を使用して、差分を求める。 From these relationships, if differentiation is possible, the CPU 91 calculates Δθi in the assumed minute amount ΔΦ based on the equation (2). When differentiation cannot be performed, the CPU 91 obtains a difference using Expression (3) and Expression (4).

上述のようにして、Δθi及びΔΦを、算出した後、CPU91はΔΦ/Δθiを算出する。 After calculating Δθi and ΔΦ as described above, the CPU 91 calculates ΔΦ / Δθi.

(S30)
S30では、CPU91は、ゲインK0の代わりに、各関節軸のサーボモータの位置制御ループのゲインを、式(5)で算出して図5に示すように設定する。
(S30)
In S30, instead of the gain K0, the CPU 91 calculates the gain of the position control loop of the servo motor of each joint axis using the equation (5) and sets it as shown in FIG.

このプログラムの制御周期は、例えば数msecである。 The control period of this program is, for example, several milliseconds.

この式(5)で分かるように、ΔΦが、各関節軸とも同一であるのに対してΔθiが大きい関節軸ほど、ゲインGiは小さくなる。このことは、後述するように、Δθiが大きいほど位置制御ループでの位置偏差が大きいことを示しており、これに対応するために、Δθiが大きいほどゲインGiを小さくするようにしている。   As can be seen from this equation (5), ΔΦ is the same for each joint axis, but the gain Gi becomes smaller as the joint axis has a larger Δθi. As will be described later, this indicates that the larger the Δθi is, the larger the position deviation in the position control loop is. In order to cope with this, the larger the Δθi is, the smaller the gain Gi is.

従って、このようにS10〜S30のCPU91によって、位置制御ループのゲインGiの設定及び速度制御ループの積分ゲインKiを0にする設定は、極めて速く設定され、その設定された状態で、作業者は、マニピュレータ10を直に触れて移動させる。   Therefore, the setting of the position control loop gain Gi and the speed control loop integral gain Ki to 0 by the CPU 91 of S10 to S30 is set very fast, and in this state, the operator Then, the manipulator 10 is moved by touching it directly.

すなわち、この状態で、作業者が直にマニピュレータ10に触れて、冗長自由度により許容されるリンク位置姿勢で、すなわち、姿勢パラメータΦで示されるリンク位置姿勢で移動させる。   That is, in this state, the operator directly touches the manipulator 10 and moves it in the link position and orientation permitted by the redundancy degree of freedom, that is, in the link position and orientation indicated by the posture parameter Φ.

このとき、姿勢パラメータΦで表されるリンク位置姿勢で回転させるように手動で作業者がマニピュレータ10を動かそうとすると、各関節軸では、その回転角度θiが異なる。   At this time, if the operator manually moves the manipulator 10 so as to rotate at the link position and orientation represented by the orientation parameter Φ, the rotation angle θi differs for each joint axis.

このとき、位置制御ループのゲインを通常状態モードのときと同じとした場合には、各関節軸のサーボモータでの電流指令は、位置指令に対する位置偏差が大きいほど大きくなり、その位置に保持しようとするモータトルク(保持力)が強くなる。   At this time, if the gain of the position control loop is the same as that in the normal mode, the current command in the servo motor of each joint axis increases as the position deviation with respect to the position command increases and should be held at that position. The motor torque (holding force) becomes stronger.

しかし、非常状態モードでは、前記位置偏差が大きいほど、ゲインGiを小さくしているため、どの各関節軸のサーボモータも保持力を低下させることができる。
さらに、合わせて速度制御ループで積分ゲインKiを0にしているため、手動によりマニピュレータ10を移動させる場合、前述した位置偏差が大きくても、大きな電流指令とならず、また速度指令も大きくならずモータトルクに抗して手動でマニピュレータを移動させることができる。
However, in the emergency mode, the gain Gi is made smaller as the position deviation is larger, so that the servo motor of any joint shaft can reduce the holding force.
Furthermore, since the integral gain Ki is set to 0 in the speed control loop, when the manipulator 10 is moved manually, even if the above-described positional deviation is large, the current command is not large, and the speed command is not large. The manipulator can be moved manually against the motor torque.

(S40)
S40では、S30の処理の後、モード切替キーによる通常状態モードに切替えされたか否かをCPU91は判定し、切替えがない場合には、S10〜S30の処理を繰り返す。切替があった場合は、CPU91は、通常モードに復帰し、位置制御ループの位置ゲイン、及び速度制御ループの積分ゲインKiを0から元のゲインに戻す。
(S40)
In S40, after the process of S30, the CPU 91 determines whether or not the mode has been switched to the normal mode by the mode switch key. If there is no switch, the processes of S10 to S30 are repeated. When the switching is performed, the CPU 91 returns to the normal mode and returns the position gain of the position control loop and the integral gain Ki of the speed control loop from 0 to the original gain.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1) 本実施形態のロボットの制御方法は、マニピュレータ10の手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、マニピュレータ10の第2関節22と第6関節26を結ぶ中心軸Oの回りで、マニピュレータ10の第4関節24が回転する回転角度Φを手動で変更可能に、速度制御ループの積分ゲインKiを0にし、かつ、中心軸O回りの第4関節24の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する位置制御ループのゲインを小さく設定して当該関節軸のサーボモータ(回転系アクチュエータ)を制御する。
This embodiment has the following features.
(1) The robot control method according to the present embodiment is configured so that the manipulator around the central axis O connecting the second joint 22 and the sixth joint 26 of the manipulator 10 with the current position and orientation of the hand of the manipulator 10 maintained. The rotation angle Φ at which the tenth fourth joint 24 rotates can be manually changed, the integral gain Ki of the speed control loop is set to 0, and the rotation amount associated with the rotation of the fourth joint 24 around the central axis O increases. For the joint axis, the gain of the position control loop related to the joint axis is set smaller, and the servo motor (rotary actuator) of the joint axis is controlled.

この結果、本実施形態によれば、7軸マニピュレータの冗長性を利用して、マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御方法を提供できる。   As a result, according to the present embodiment, it is possible to provide a robot control method that can easily and manually escape from the interference state while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator. .

また、マニピュレータの手先位置を拘束した状態で、リンク位置姿勢を変えることができるため、干渉状態から復帰した後には、継続して通常の作業に戻すことが容易にできることになる。   In addition, since the link position and orientation can be changed in a state where the hand position of the manipulator is constrained, it is easy to continuously return to normal work after returning from the interference state.

(2) 本実施形態のロボット制御装置(コントローラRC)は、制御系には、CPU91が、第1設定部として、マニピュレータ10の手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、マニピュレータ10の第2関節22と第6関節26を結ぶ中心軸Oの回りで、マニピュレータ10の第4関節24が回転する回転角度Φを手動で変更可能に、速度制御ループの積分ゲインKiを0にする。また、CPU91は、第2設定部として、中心軸O回りの第4関節24の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する位置制御ループのゲインを小さく設定する。また、CPU91は、制御部として、設定された位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、設定された積分ゲインKiで比例積分制御を行って関節軸のサーボモータ(回転系アクチュエータ)を制御する。   (2) In the robot control device (controller RC) of the present embodiment, the control system has the CPU 91 as the first setting unit with the second position of the manipulator 10 in the state where the current position and orientation of the hand of the manipulator 10 is held. The integral gain Ki of the speed control loop is set to 0 so that the rotation angle Φ of rotation of the fourth joint 24 of the manipulator 10 can be manually changed around the central axis O connecting the joint 22 and the sixth joint 26. Further, the CPU 91 sets the gain of the position control loop related to the joint axis as the second setting unit as the joint axis has a larger amount of rotation with the rotation of the fourth joint 24 around the central axis O. Further, as a control unit, the CPU 91 performs position control with the gain of the set position control loop, and performs proportional integral control with the set integral gain Ki to control the joint axis servo motor (rotary actuator). .

この結果、本実施形態によれば、7軸マニピュレータの冗長性を利用して、マニピュレータの先端のツールの位置姿勢を保持した状態で、手動で簡単に干渉状態から脱出できるロボット制御装置を提供できる。また、マニピュレータの手先位置を拘束した状態で、リンク位置姿勢を変えることができるため、干渉状態から復帰した後には、継続して通常の作業に戻すことが容易にできることになる。   As a result, according to the present embodiment, it is possible to provide a robot control device that can easily escape from the interference state manually while maintaining the position and orientation of the tool at the tip of the manipulator using the redundancy of the seven-axis manipulator. . In addition, since the link position and orientation can be changed in a state where the hand position of the manipulator is constrained, it is easy to continuously return to normal work after returning from the interference state.

(3) 本実施形態のロボット制御装置(コントローラRC)は、通常状態モードと非常状態モードの入力装置82(モード切替操作部)を備える。そして、ロボット制御装置のCPU91(制御部)は、通常状態モードのときは、予め設定された位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された積分ゲイン及び比例ゲインで比例積分制御を行って関節軸のサーボモータ(回転系アクチュエータ)を制御する。   (3) The robot control device (controller RC) of the present embodiment includes an input device 82 (mode switching operation unit) in a normal state mode and an emergency state mode. Then, in the normal state mode, the CPU 91 (control unit) of the robot control device performs position control with a gain of a preset position control loop and performs proportional integral control with a preset integral gain and proportional gain. Go to control the servo motor (rotary actuator) of the joint axis.

また、CPU91(制御部)は、非常状態モードのときは、設定された位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された比例ゲイン及び設定された積分ゲインで比例積分制御を行って関節軸のサーボモータ(回転系アクチュエータ)を制御する。この結果、本実施形態によれば、モード切替操作部により非常状態モードに切り替えられたとき、上記(2)の効果を奏することができる。   In the emergency state mode, the CPU 91 (control unit) performs position control with the gain of the set position control loop, and performs proportional integral control with the preset proportional gain and the set integral gain. Controls the servo motor (rotary actuator) of the joint shaft. As a result, according to the present embodiment, the effect (2) can be obtained when the mode switching operation unit is switched to the emergency state mode.

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・ 前記実施形態では、アクチュエータをサーボモータとしてのACモータを使用したが、DCモータでもよく、ステッピングモータ等を使用してもよい。
In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.
In the embodiment, the AC motor as the servo motor is used as the actuator. However, a DC motor or a stepping motor may be used.

RC…コントローラ(ロボット制御装置)、
10…マニピュレータ、11〜18…リンク、
22…第2関節、24…第4関節、26…第6関節、27…第7関節、
41〜47…サーボモータ(回転系アクチュエータ)、
82…入力装置(モード切替操作部)、
91…CPU(第1設定部、第2設定部、制御部)。
RC: Controller (robot controller),
10 ... Manipulator, 11-18 ... Link,
22 ... 2nd joint, 24 ... 4th joint, 26 ... 6th joint, 27 ... 7th joint,
41-47 ... Servo motor (rotary actuator),
82 ... input device (mode switching operation unit),
91... CPU (first setting unit, second setting unit, control unit).

Claims (3)

位置制御ループ及び速度制御ループを備える制御系にて、固定側から順に第1関節から第7関節を有する7軸マニピュレータの各関節軸の回転系アクチュエータを制御するロボットの制御方法において、
前記マニピュレータの手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、前記マニピュレータの第2関節と第6関節を結ぶ軸(以下、中心軸という)の回りで、前記マニピュレータの第4関節が回転する回転角度を手動で変更可能に、前記速度制御ループの積分ゲインを0にし、かつ、前記中心軸回りの前記第4関節の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する前記位置制御ループのゲインを小さく設定して当該関節軸の回転系アクチュエータを制御することを特徴とするロボット制御方法。
In a control system including a position control loop and a speed control loop, a robot control method for controlling a rotation system actuator of each joint axis of a seven-axis manipulator having a first joint to a seventh joint in order from the fixed side,
A rotation angle at which the fourth joint of the manipulator rotates around an axis connecting the second joint and the sixth joint of the manipulator (hereinafter referred to as a central axis) while maintaining the current position and orientation of the hand of the manipulator The position control loop with respect to the joint axis can be changed as the joint axis has an integral gain of the speed control loop of 0 and the amount of rotation with the rotation of the fourth joint around the central axis increases. The robot control method is characterized in that the rotation system actuator of the joint axis is controlled by setting a small gain.
位置制御ループ及び速度制御ループを備える制御系にて、固定側から順に第1関節から第7関節を有する7軸マニピュレータの各関節軸の回転系アクチュエータを制御するロボット制御装置において、
前記制御系には、
前記マニピュレータの手先の現在の位置姿勢を保持した状態で、前記マニピュレータの第2関節と第6関節を結ぶ軸(以下、中心軸という)の回りで、前記マニピュレータの第4関節が回転する回転角度を手動で変更可能に、前記速度制御ループの積分ゲインを0にする第1設定部と、
前記中心軸回りの前記第4関節の回転にともなう回転量が大きくなる関節軸ほど、その関節軸に関する前記位置制御ループのゲインを小さく設定する第2設定部と、
前記第2設定部で設定した位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、前記第1設定部で設定した積分ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御する制御部を含むことを特徴とするロボット制御装置。
In a control system including a position control loop and a speed control loop, in a robot control device for controlling a rotation system actuator of each joint axis of a seven-axis manipulator having a first joint to a seventh joint in order from the fixed side,
The control system includes
A rotation angle at which the fourth joint of the manipulator rotates around an axis connecting the second joint and the sixth joint of the manipulator (hereinafter referred to as a central axis) while maintaining the current position and orientation of the hand of the manipulator A first setting unit that sets the integral gain of the speed control loop to 0,
A second setting unit configured to set a gain of the position control loop with respect to the joint axis to be smaller as the joint axis has a larger rotation amount with the rotation of the fourth joint around the central axis;
A control unit that performs position control with the gain of the position control loop set by the second setting unit and performs proportional integral control with the integral gain set by the first setting unit to control the rotation system actuator of the joint axis. A robot control device comprising:
通常状態モードと非常状態モードのモード切替操作部を備え、
通常状態モードのときは、前記制御部は、予め設定された位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された積分ゲイン及び比例ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御し、
非常状態モードのときは、前記第2設定部で設定した位置制御ループのゲインで位置制御を行うとともに、予め設定された比例ゲイン及び前記第1設定部で設定した積分ゲインで比例積分制御を行って当該関節軸の回転系アクチュエータを制御することを特徴とする請求項2に記載のロボット制御装置。
It has a mode switching operation section for normal mode and emergency mode,
In the normal state mode, the control unit performs position control with a preset gain of the position control loop, and performs proportional integral control with a preset integral gain and proportional gain, thereby rotating the joint axis rotation system. Control the actuator,
In the emergency state mode, position control is performed with the gain of the position control loop set by the second setting unit, and proportional integral control is performed with the preset proportional gain and the integral gain set by the first setting unit. The robot control apparatus according to claim 2, wherein the rotation system actuator of the joint shaft is controlled.
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