JPH05318363A

JPH05318363A - ロボットの制御方式

Info

Publication number: JPH05318363A
Application number: JP12846192A
Authority: JP
Inventors: Naoto Tojo; 直人東條
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットの作業環境において、刻々と変化す
るロボットの作業状況を適確に把握して、作業環境及び
作業状況に応じた適切な動作を実現するためのロボット
の制御方式を提供する。【構成】多関節アーム１には６軸力センサ４、多関節
ハンド２にはハンドセンサ群５を装備すると共に、把持
対象物６の上方位置にＣＣＤカメラ３を配備し、これら
複数のセンサから得られるセンサ情報に基づいて、ロボ
ット制御部10は、センサ情報毎のロボットの制御目標値
をリアルタイムに計算し、計算された複数のロボット制
御目標値を所定の動作戦略に従って統合化し、統合化さ
れた制御目標値に応じてロボット動作を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視覚、近接覚、力覚、
触覚等の複数のセンサ情報に基づいてロボットの動作を
制御する方式に関し、特に、移動中の対象物体のハンド
リングに好適なロボット制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、多関節ロボットにおける制御方式
においては、オペレータが入力した動作指令に基づいて
ロボットの位置制御目標値を計算し、計算された位置制
御目標値に応じてロボットの動作を制御していた。

【０００３】これに対し、近年は、ロボットの適用範囲
を高めるために、下記の如き種々のセンサ情報に基づく
ロボット制御方式が開発されつつある。 (１) 近接センサ等のＯＮ／ＯＦＦ情報に基づいて、ロ
ボット動作の停止を制御する。 (２) ＣＣＤカメラによる視覚情報に基づき、予め作業
環境の認識を行なって、該認識に応じた所定のロボット
の行動計画に従って、ロボットの動作制御を行なう。 (３) 圧電素子等からの力覚情報を用いて、ロボットが
作業対象物に及ぼす作用力を適切に制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
センサ情報に基づくロボット制御においては、センサ情
報が単一であるか、或いは複数の場合であっても、１つ
の動作制御の目的に用いられるセンサ情報は単一に限ら
れていたため、刻々と変化するロボットの作業状況を適
確に把握出来ず、作業環境及び作業状況に応じた適切な
対応が出来ない問題があった。

【０００５】本発明の目的は、ロボットの作業環境にお
いて、刻々と変化するロボットの作業状況を適確に把握
して、作業環境及び作業状況に応じた適切な動作を実現
するためのロボットの制御方式を提供することである。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明に係るロボットの制
御方式は、ロボットの作業環境における環境認識情報
(視覚情報、近接覚情報等)、及び作業対象物との機械的
な干渉情報(力覚情報、触覚情報等)を検出する複数のセ
ンサ手段と、前記複数のセンサ手段から得られるセンサ
情報に基づいてロボットの制御目標値を計算する手段
と、ロボットの作業内容及び作業状況に応じた動作戦略
が書き込まれた制御目標値決定手段と、制御目標値の入
力に応じてロボットの動作を制御する手段とを具え、前
記各センサ情報に基づいて、センサ情報毎のロボット制
御目標値をリアルタイムに計算し、計算された複数のロ
ボット制御目標値を前記制御目標値決定手段へ入力し
て、前記動作戦略に従って統合化されたロボット制御目
標値をリアルタイムに作成し、該ロボット制御目標値を
ロボット動作制御手段へ供給するものである。

【０００７】

【作用】ロボットが目的の動作を実現する過程で、複数
のセンサ手段からは同時に或いは順次に、複数のセンサ
情報が得られる。制御目標値計算手段は、これら複数の
センサ情報と現在のロボット動作位置に基づいて、セン
サ情報毎に、目的とする動作を実現するための制御目標
値をリアルタイムに計算する。

【０００８】ロボット制御目標値決定手段は、計算され
た複数のロボット制御目標値に基づき、所定の動作戦略
に従って、適切な１つの制御目標値を選択し、或いは複
数の制御目標値を合成することによって、統合されたロ
ボット制御目標値をリアルタイムに作成する。

【０００９】上記ロボット制御目標値はロボット動作制
御手段へ供給され、該制御目標値と現在のロボット動作
位置に基づき、ロボット制御操作量が計算されて、該操
作量に応じてロボット動作がリアルタイムに制御され
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明に係るロボットの制御方式によれ
ば、ロボットの作業環境において、刻々と変化する作業
状況が複数のセンサ手段によって検知され、これらのセ
ンサ情報が統合化されて、ロボットの動作制御にリアル
タイムにフィードバックされるから、ロボットの作業環
境に対する適応能力と、刻々と変化する作業状況に対す
る順応性が高まり、ロボットの適用範囲が拡大される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図１は本発明を実施すべきロボットシステ
ムの全体構成を示しており、ロボット本体は、多関節ア
ーム(１)及び多関節ハンド(２)を具えた周知の構成を有
し、後述の動作制御によって、移動中の対象物(６)を把
持するものである。

【００１２】図２の如く、多関節アーム(１)の先端に６
軸力センサ(４)が配備され、前記対象物を把持する過程
で受ける機械的な干渉、即ち反力を直接に検知する。
又、多関節ハンド(２)には、作業状況をより詳細に検出
するべく、把持対象物との接近状況を検出する近接セン
サ(11)、接触状況を検出する触覚センサ(13)、及び対象
物を把持する際の作用力状況を検出する関節トルクセン
サ(12)からなるハンドセンサ群(５)が装備されている。

【００１３】更に、図１の如く把持対象物(６)の上方に
はＣＣＤカメラ(３)が配備され、主に把持対象物(６)に
対する多関節アーム(１)の追従状況を視覚的に検知す
る。

【００１４】６軸力センサ(４)の出力は６軸力センサ情
報処理部(８)へ、ハンドセンサ群(５)の各出力はハンド
センサ群情報処理部(７)へ、又ＣＣＤカメラ(３)の出力
はＣＣＤカメラ情報処理部(９)へ送出されて、夫々の処
理部にて作成されたセンサ情報がロボット制御部(10)へ
供給される。

【００１５】ロボット制御部(10)は、前記複数のセンサ
情報をロボットのフィードバック制御ループに組み込ん
で、ロボット本体の制御機構に対する適切な操作量を算
出し、ロボット本体へ制御信号として出力するものであ
る。

【００１６】本実施例においては、移動中の対象物を把
持する際のハンドリング戦略として、下記の方策が予め
設定されている。図４は、これらの方策が順次、切り換
わりつつ、ロボットの動作制御が進む過程を示してい
る。

【００１７】ロボットを起動し、その後、一定期間
はオペレータが入力した動作指令に従ってロボット動作
を制御する。

【００１８】ＣＣＤカメラ(３)によって把持対象物
(６)が検出されると、ＣＣＤカメラ情報からリアルタイ
ムに計算されたロボットの位置制御目標値Ｂに従ってロ
ボット動作を制御し、ロボットを把持対象物(６)に対し
て適切な状態で接近させる。

【００１９】ロボットと把持対象物(６)とが重なっ
て、カメラ情報では把持対象物(６)の検出が不能となる
カメラオクルージョン問題が発生すると、多関節ハンド
(２)に装備した近接センサ(11)からの接近状況に基づ
き、リアルタイムに計算されたロボットの位置制御目標
値Ｃに従ってロボット動作を制御し、移動中の把持対象
物(６)に対して位置合わせを行い、多関節ハンド(２)を
鉛直に降下させて、ハンドリング態勢に入る。

【００２０】多関節ハンド(２)に装備した触覚セン
サ(13)及び関節トルクセンサ(12)のセンサ情報に基づい
て、移動中の把持対象物(６)と多関節ハンド(２)の接触
状態や作用力状態が一定となる安定な把持状態を実現す
る。ここで、移動中の対象物(６)に対して安定な把持状
態を維持するために、６軸力センサ(４)のセンサ情報に
基づき、多関節アーム(１)の把持対象物(６)に対する作
用力が一定となる様、リアルタイムに計算されたロボッ
トの位置制御目標値Ｄに従って、ロボット動作を制御す
る。

【００２１】安定な把持状態が実現された後、多関
節ハンド(２)を鉛直に上昇させ、ハンドリングを終了す
る。

【００２２】上記ハンドリング戦略を実現するためのロ
ボット制御ブロックを図３に示す。該制御ブロックにお
いて、図右側のアーム位置制御目標値計算部(15)、アー
ム制御操作量計算部(18)、アーム本体(20)、アーム位置
現在値計算部(22)及び６軸力センサ情報処理部(24)が、
多関節アーム(１)の制御に関するものであり、図左側の
ハンド位置制御目標値計算部(16)、ハンド制御操作量計
算部(19)、ハンド本体(21)、ハンド位置現在値計算部(2
3)及びアーム位置制御目標値計算部(15)が、多関節ハン
ド(２)の制御に関するものである。

【００２３】又、図上側の動作指令部(14)、アーム位置
制御目標値計算部(15)及びハンド位置制御目標値計算部
(16)が、オペレータの入力した動作指令に基づいてリア
ルタイムに計算される位置制御目標値に関するものであ
り、図下側のアーム位置現在値計算部(22)、ハンド位置
現在値計算部(23)、６軸力センサ情報処理部(24)、ハン
ドセンサ群情報処理部(25)、ＣＣＤカメラ情報処理部(2
6)及び位置制御目標値計算部(27)が、ＣＣＤカメラや６
軸力センサ等の各センサ情報から計算されるロボットの
位置制御目標値に関するものである。

【００２４】オペレータが動作指令部(14)を操作する
と、該動作指令部(14)からの動作指令に基づき、アーム
位置制御目標値計算部(15)及びハンド位置制御目標値計
算部(16)が夫々アーム位置制御目標値Ａ₁及びハンド位
置制御目標値Ａ₂を計算し、計算結果は位置制御目標値
決定部(17)へ出力される。

【００２５】ハンド本体(21)にはハンド位置現在値計算
部(23)及びハンドセンサ群情報処理部(25)が付属してお
り、ハンド位置現在値計算部(23)から得られるハンド位
置現在値とハンドセンサ群情報処理部(25)から得られる
センサ情報は位置制御目標値計算部(27)へ供給される。

【００２６】又、アーム本体(20)にはアーム位置現在値
計算部(22)及び６軸力センサ情報処理部(24)が付属して
おり、アーム位置現在値計算部(22)から得られるアーム
位置現在値と６軸力センサ情報処理部(24)から得られる
センサ情報は位置制御目標値計算部(27)へ供給される。

【００２７】更にＣＣＤカメラ情報処理部(26)からのカ
メラ情報も位置制御目標値計算部(27)へ供給される。

【００２８】位置制御目標値計算部(27)は、上記各セン
サ情報及び現在値に基づいて、センサ情報毎の制御目標
値Ｂ、Ｃ、Ｄを計算し、位置制御目標値決定部(17)へ出
力する。

【００２９】位置制御目標値決定部(17)は、入力された
制御目標値Ａ₁、Ａ₂、Ｂ、Ｃ、Ｄを上記ハンドリング戦
略に従って選択、或いは組み合わせることによって、ハ
ンド位置制御目標値Ｅとアーム位置制御目標値Ｆに統合
し、これらの目標値Ｅ、Ｆを夫々ハンド制御操作量計算
部(19)及びアーム制御操作量計算部(18)へ供給する。

【００３０】これによって、ハンド制御操作量計算部(1
9)は、ハンド位置現在値計算部(23)からのハンド位置現
在値と位置制御目標値決定部(17)からの位置制御目標値
Ｅに基づいて、ハンド制御のための操作量を計算して、
ハンド本体(21)へ制御信号として出力する。

【００３１】又、アーム制御操作量計算部(18)は、アー
ム位置現在値計算部(22)からのアーム位置現在値と位置
制御目標値決定部(17)からの位置制御目標値Ｆに基づい
て、アーム制御のための操作量を計算して、アーム本体
(20)へ制御信号として出力する。

【００３２】斯くして図３のブロック構成によって、ロ
ボット制御のためのフィードバックループが形成され
る。ここで、上記の目標値、現在値、操作量の各計算
は、ロボット制御周期(例えば１０msec程度)で行われ
る。

【００３３】尚、ハンドリング戦略においては、オペレ
ータからの動作指令と各センサ情報の夫々から求められ
る位置制御目標値の切換えのみならず、これらの位置制
御目標値の組合せや、センサ情報から求められる位置制
御目標値間での組合せ等、種々の統合方式が可能であ
り、これによってロボットのインテリジェント化が図ら
れる。

【００３４】上述の如く本発明によれば、複数のセンサ
情報に基づく位置制御目標値を作業環境及び作業状況に
応じて統合化し、統合化された位置制御目標値をリアル
タイムにロボット動作へフィードバックすることによ
り、ロボット動作は刻々と変化する作業状況に適切に順
応することになる。この結果、ロボットの作業環境適応
能力が高まり、ひいてはロボットの用途が拡大される。

【００３５】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００３６】例えばロボットの動作戦略としては、ロボ
ットの作業内容や作業状況に応じた種々の方策を採用出
来る。又、複数の方策を切り換えて統合化する場合、一
定の切換え期間を設けて、該切換え期間では複数の方策
を重み付けによって加算し、重み付け係数を変化させる
ことによって切換えを円滑に行なうことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施すべきロボットシステム全体の概
略構成図である。

【図２】多関節アーム及び多関節ハンドに装備されたセ
ンサ群を示す正面図である。

【図３】本発明に係るロボット制御方式を表わすブロッ
ク図である。

【図４】ロボットの動作制御が進む過程を説明する図で
ある。

【符号の説明】

(１) 多関節アーム (２) 多関節ハンド (３) ＣＣＤカメラ (４) ６軸力センサ (５) ハンドセンサ群 (６) 把持対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの作業環境における環境認識情
報、及び作業対象物との機械的な干渉情報を検出する複
数のセンサ手段と、前記複数のセンサ手段から得られる
センサ情報に基づいてロボットの制御目標値を計算する
手段と、ロボットの作業内容及び作業状況に応じた動作
戦略が書き込まれた制御目標値決定手段と、制御目標値
の入力に応じてロボットの動作を制御する手段とを具
え、前記各センサ情報に基づいて、センサ情報毎のロボ
ット制御目標値をリアルタイムに計算し、計算された複
数のロボット制御目標値を前記制御目標値決定手段へ入
力して、前記動作戦略に従って統合化されたロボット制
御目標値をリアルタイムに作成し、該ロボット制御目標
値をロボット動作制御手段へ供給することを特徴とする
ロボットの制御方式。