JPH04104315U - コンプライアンス制御のパラメータ変更装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は，コンプライアンス制御により駆動
されるロボットのより柔軟な動きを実現し，より広範な
用途にコンプライアンス制御を用いることを可能にした
コンプライアンス制御のパラメータ変更装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本考案のコンプライアンス制御のパラメータ
変更装置は，コンプライアンス軌道計算に必要な仮想質
量パラメータ，仮想ダンパパラメータ及び仮想バネパラ
メータの値をそれぞれ変更するように，その変更量を入
力可能なパラメータ設定手段としてのパラメータ変更器
４と，この変更器の出力信号に応じて、コンプライアン
ス制御するための制御装置内コンピュータ１２に記憶し
てある少なくとも上記３種類のコンプライアンスパラメ
ータを書き換える書換え手段としてのパラメータ変更用
コンピュータ６とを有することを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は，コンプライアンス制御におけるコンプライアンス軌道計算に必要な コンプライアンスパラメータを，好ましくはコンプライアンス軌道計算の１周期 ごとに変更可能なパラメータ変更装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ロボットハンドなどのロボットの駆動部の柔軟性を向上させる手段として，コ ンプライアンス制御が開発されている。このコンプライアンス制御は，ロボット の駆動部にバネ及びダンパ等を連結した場合と同様に，ロボットの駆動部に作用 する外力に応じてその外力の作用する方向に逃げるならい機構を，力フィードバ ック制御で実現するものである。代表的な６自由度コンプライアンス機構を図５ に示し，このようなコンプライアンス機構を，機械的なバネやダンパなどを用い ることなく，力フィードバック制御で実現するための代表的なコンプライアンス 制御のブロック図を図６に示す。 図６中，Ｋは仮想バネ係数行列であり，Ａは仮想質量行列を変数とする関数， Γは仮想質量行列及び仮想ダンパ係数行列を変数とする関数であり，Ｉは単位行 列である。

【０００３】 コンプライアンス制御の向上を図るため，特開平１−１４２８１２号公報に示 すように，コンプライアンスパラメータを環境の剛性に応じて変更する制御装置 も開発されている。この公報には，このような制御によれば，ロボットが接触す る環境が分からない時でも，制御系に最適なコンプライアンス常数を自動的に定 めることができる旨が開示してある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら，上記公報に開示してある技術では，コンプライアンスパラメー タとして変更できるパラメータを仮想バネ係数のみとしており，しかも，その値 も，制御系が安定となる範囲から自動的に決定される制御となっているため，対 応できる環境が限定され，より広い用途にコンプライアンス制御を使用しようと する場合に問題があった。

【０００５】 本考案は，上述した従来技術が有する問題点を有効に解決するためになされた もので，コンプライアンス制御により駆動されるロボットのより柔軟な動きを実 現し，より広範な用途にコンプライアンス制御を用いることを可能にしたコンプ ライアンス制御のパラメータ変更装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために，本考案に係るコンプライアンス制御のパラ メータ変更装置は，コンプライアンス軌道計算に必要な仮想質量パラメータ，仮 想ダンパパラメータ及び仮想バネパラメータの値をそれぞれ任意に変更設定可能 なように，その変更値を設定するパラメータ設定手段と，このパラメータ設定手 段の設定に応じて，コンプライアンス制御するための制御装置内に記憶してある 少なくとも上記３種類のコンプライアンスパラメータを書き換える書換え手段と を有することを特徴としている。

【０００７】

【作用】

このような本考案に係るコンプライアンス制御のパラメータ変更装置では、コ ンプライアンスパラメータとして，仮想質量パラメータ，仮想ダンパパラメータ 及び仮想バネパラメータの３種類のパラメータをパラメータ設定手段でそれぞれ 変更設定可能にしている。パラメータ設定手段で設定された各パラメータの設定 値は，書換え手段に読みとられ，その値に応じて，コンプライアンス制御するた めの制御装置内に記憶してあるコンプライアンスパラメータを書き換えるが，そ の結果，コンプライアンス制御装置内に記憶してある上記３種類のパラメータは ，ロボットの動作途中でも変更可能になる。

【０００８】

【実施例】 以下，本考案の一実施例に係るコンプライアンス制御のパラメータ変更装置を ，図面を参照しつつ，詳細に説明する。 図１は本考案の一実施例に係るコンプライアンス制御のパラメータ変更装置を 有するロボットシステム構成図，図２は図１に示すコンプライアンスパラメータ 変更器の外観図，図３は図２に示す変更器内部の回路例を示す回路図，図４はコ ンプライアンスパラメータに応じたロボット駆動部の挙動比較を示すグラフであ る。

【０００９】 図１に示すように，本考案の一実施例に係るコンプライアンス制御のパラメー タ変更装置２は，コンプライアンスパラメータの変更値を設定するパラメータ設 定手段としてのコンプライアンスパラメータ変更器４と，コンプライアンス軌道 計算用のコンプライアンスパラメータを書き換える書換え手段としてのコンプラ イアンスパラメータ変更用コンピュータ６と，前記変更器４で設定されたデータ を前記コンピュータ６に送り込むインターフェース８とから成る。

【００１０】 コンプライアンスパラメータ変更用コンピュータ６は，コンプライアンス可変 ロボットシステム１０におけるロボットコントロール用コンピュータ１２に接続 してあり，このコンピュータ１２内のメモリなどに記憶してあるコンプライアン スパラメータを書換え可能になっている。このコンピュータ１２は，ロボット本 体１４の駆動部を制御するようにロボット本体１４に接続されると共に，ロボッ トの駆動部に設けられた６軸力センサ１６からの検知信号が入力され，これによ り，ロボット本体１４の駆動部をコンプライアンス制御するようになっている。 この実施例では，ロボット本体１４の駆動部には，相互に直行するＸ，Ｙ，Ｚ軸 に対してそれぞれ平行な３平行力と，各軸回りの３回転力との合計６個の外力が 作用するものとする。この制御機構を概念的に示すと，図５に示すような機構と なる。 コンプライアンス制御における例えばＸ軸方向の平行力に対するコンプライア ンス軌道の計算は，次の式をｘについて解くことにより得られる。 ｍ_X（ｄｘ²／ｄｔ²）＋ｃ_X（ｄｘ／ｄｔ−ｄｘ'／ｄｔ）＋ｋ_X（ｘ−ｘ') ＝ｓ_X（ｆ_X−ｆ’_X ） ただし、ｍ_X：Ｘ軸方向の平行力に対する仮想質量 ｃ_X：Ｘ軸方向の平行力に対する仮想ダンパ ｋ_X：Ｘ軸方向の平行力に対する仮想バネ ｓ_X：Ｘ軸方向の平行力に対する選択係数 ｘ ：Ｘ軸方向のコンプライアンス軌道上の位置 ｘ' ：Ｘ軸方向の目標軌道上の位置 ｆ_X ：Ｘ軸方向の平行力の実測値 ｆ' _X Ｘ軸方向の平行力の目標値 上述の式は，ｘ軸の平行力に対するコンプライアンス軌道計算のための基本式 であるが，ｙ軸，ｚ軸の平行力及びｘ，ｙ，ｚ軸の回転力に対するコンプライア ンス軌道計算のための基本式も同様である。 上記式において，ｍ_X、ｃ_X、ｋ_X、ｓ_X（ｍ_Y、ｃ_Y、ｋ_Y、ｓ_Y、ｍ_Z 、 ｃ_Z、ｋ_Z、ｓ_Zも同様）がコンプライアンスパラメータである。

【００１１】 本実施例では，ロボットコントロール用コンピュータ１２において，上記式を 解いて，コンプライアンス軌道を求めるに際して，上記コンプライアンスパラメ ータを各軸方向の平行力及び各軸廻りの回転力毎に可変にするため，コンプライ アンス制御のパラメータ変更装置２におけるコンプライアンスパラメータ変更用 コンピュータ６が，ロボットコントロール用コンピュータ１２に接続してあり， パラメータ設定手段としてのコンプライアンスパラメータ変更器４からの入力信 号に基づき，コンピュータ１２内メモリに記憶してあるコンプライアンスパラメ ータを書き換えるようになっている。

【００１２】 パラメータ設定手段としてのコンプライアンスパラメータ変更器４の詳細は， 図２，３に示される。図２に示すように，この変更器４には，各種スイッチ類２ １〜２４，３１〜３４，４１〜４３，５１〜５４，６１〜６４，７１〜７４が装 着してある。これらスイッチの内，スイッチ２１，３１，４１，５１，６１，７ １は，それぞれ，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向平行力及び回転力に対する仮想質量を連続的 に変化させるように操作するためのスイッチ，例えばボリュームスイッチ（抵抗 器）である。また、スイッチ２２，３２，４２，５２，６２，７２は，それぞれ ，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向平行力及び回転力に対する仮想ダンパを連続的に変化させる ように操作するためのスイッチである。また，スイッチ２３，３３，４３，５３ ，６３，７３は，それぞれ，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向平行力及び回転力に対する仮想バ ネを連続的に変化させるように操作するためのスイッチである。また，スイッチ ２４，３４，４４，５４，６４，７４は，それぞれ，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向平行力及 び回転力に対するコンプライアンス制御を選択するために選択係数を０または１ に選択するスイッチである。

【００１３】 したがって，例えば，Ｘ軸平行力に対する前述のコンプライアンスパラメータ ｍ_X，ｃ_X，ｋ_X，ｓ_Xをそれぞれ変化させるためのスイッチが，図２中のスイ ッチ２１，２２，２３，２４に相当する。これらスイッチの回路例を図３に示す 。図３中，Ｖccは各スイッチに加える電圧を示し，Ｖ₁₁はＸ軸平行力に対する仮 想質量に相当する出力電圧を示し，Ｖ₁₂はＸ軸平行力に対する仮想ダンパに相当 する出力電圧を示し，Ｖ₁₃はＸ軸平行力に対する仮想バネに相当する出力電圧を 示し，Ｖ₁₄はＸ軸平行力に対するコンプライアンス制御オン・オフに相当する出 力電圧を示している。これらスイッチを動かすことで，図３に示すように，出力 電圧Ｖ₁₁〜Ｖ₁₃が０〜Ｖccボルトまで変化し，これらの値を図１に示すインター フェース８を介してコンピュータ６に読み込ませ，その読み込んだ値に基づき， ロボットコントロール用コンピュータ１２内に記憶してあるｍ_X，ｃ_X，ｋ_Xを 書き換える。また，スイッチ１４のオン・オフによって，出力電圧Ｖ14は，Ｖcc ，０の２通りの電圧となるが，これもインターフェース８を介してコンピュータ ６に読み込み，その値に基づき，コンピュータ１２内に記憶してある選択係数パ ラメータを１または０に書き換えることで，コンプライアンス制御のオン・オフ の切り替えが可能となる。 同様にして，他の軸方向の平行力及び各軸廻りの回転力に対するコンプライア ンスパラメータも決定され，ロボットコントロール用コンピュータ１２上のメモ リに書き込む。

【００１４】 このように，仮想質量ｍ，仮想ダンパｃ，仮想バネｋを変化させつつ，コンプ ライアンス制御動作を行わせることで，外力に対して，図４に示すように，基本 的には４通りの挙動が可能となる。図４において，縦軸は，ロボット駆動部の位 置であり，横軸は，経過時間である。図中，曲線Ａ₁及びＡ₂は，仮想質量ｍ， 仮想ダンパｃ及び仮想バネｋが０でない場合の挙動であり，Ａ1は２（ｋｍ）^0.5 ＞ｃの場合であり，Ａ2は２（ｋｍ）^0.5＜ｃの場合である。また，曲線Ｂは 仮想質量ｍが０であり，仮想ダンパｃ及び仮想バネｋが０でない場合の挙動であ る。また，曲線Ｃは，仮想質量ｍ及び仮想ダンパｃが０であり，仮想バネｋが０ でない場合の挙動である。

【００１５】 また，本考案では，パラメータを任意の値に設定できるので，外力に対する挙 動の変化の形態は，様々な形を取ることができる。

【００１６】 このように，外力に対して様々な挙動が行えることで，例えば実験によれば， 曲面を倣う作業において，パラメータを適切に選択することで，スムーズな作業 が行えた。比較として，図４に示す符号Ｃの挙動の場合，つまり仮想バネのみを 持つ場合には，ｋをどの様な値に設定しても，曲面上を倣うことはできず（面上 で跳ねが生じる），作業は不可能であった。 また，コンプライアンスパラメータ変更器４の出力電圧全てを，インターフェ ース８を介してコンピュータ１２のメモリに書き込むまでの周期を，ロボットコ ントロール用コンピュータ１２上で行われるコンプライアンス軌道計算の周期と 同じ，またはそれより短く設定しておけば，コンプライアンス軌道計算の１周期 毎に，変更されたコンプライアンスパラメータを読み込むことができるので，ロ ボットのコンプライアンス動作中にコンプライアンスパラメータを変化させるこ とが可能になる。これにより，ロボットにコンプライアンス動作を行わせながら ，試行錯誤によって，最適なコンプライアンスパラメータの設定が可能となり， 人間の知識，判断を用いたコンプライアンスパラメータの決定が容易となる。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように，本考案に係るコンプライアンス制御のパラメータ変更装 置によれば，コンプライアンスパラメータとして，仮想質量パラメータ，仮想ダ ンパパラメータ及び仮想バネパラメータの３種類のパラメータを用い，これらパ ラメータをそれぞれパラメータ設定手段で適宜変更可能としたので，仮想バネパ ラメータのみを用い，このパラメータを変更可能とする場合よりも，ロボットの 駆動部に，より柔軟な動作を行わせることが可能になり，より広範な用途にコン プライアンス制御を用いることが可能になる。また，ロボットの動作中に随時コ ンプライアンスパラメータを変更することが可能なため，ロボットの動作中に生 じ得る様々な状態，すなわち，物体に接触したり，衝突したりする場合に，それ らの状況に応じた最適なコンプライアンスパラメータを設定でき，人間の手の動 きに近い柔軟な動作が可能となる。

【００１８】 また，本考案では，人間の知識，判断を利用したロボットへの教示が可能とな る。すなわち，ロボットの教示を行う際，作業の状態に応じてコンプライアンス パラメータを変更する必要があるが，このとき，作業の様子を人間が観察しなが ら，その知識や判断によって，コンプライアンスパラメータを決定することがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係るコンプライアンス制御
のパラメータ変更装置を有するロボットシステム構成図
である。

【図２】図１に示すコンプライアンスパラメータ変更器
の外観図である。

【図３】図２に示す変更器内部の回路例を示す回路図で
ある。

【図４】コンプライアンスパラメータに応じたロボット
駆動部の挙動比較を示すグラフである。

【図５】代表的な６自由度コンプライアンス機構を示す
概略図である。

【図６】図６は代表的なコンプライアンス制御のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

２ コンプライアンス制御のパラメータ変更装置 ４ コンプライアンスパラメータ変更器 ６ コンプライアンスパラメータ変更用コンピュータ ８ インターフェース

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの駆動部に作用する外力に応じ
   てその外力の作用する方向に逃げるならい機構を，フィ
   ードバック制御で実現するコンプライアンス制御におけ
   るコンプライアンス軌道計算に必要な複数のコンプライ
   アンスパラメータを変更するコンプライアンス制御のパ
   ラメータ変更装置であって，コンプライアンス軌道計算
   に必要な仮想質量パラメータ，仮想ダンパパラメータ及
   び仮想バネパラメータの値をそれぞれ任意に変更設定可
   能なように，その変更値を設定するパラメータ設定手段
   と，このパラメータ設定手段の設定に応じて，コンプラ
   イアンス制御するための制御装置内に記憶してある少な
   くとも上記３種類のコンプライアンスパラメータを書き
   換える書換え手段とを有することを特徴とするコンプラ
   イアンス制御のパラメータ変更装置。