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JPH11254380A - Collision detecting method for industrial robot - Google Patents

Collision detecting method for industrial robot

Info

Publication number
JPH11254380A
JPH11254380A JP10075051A JP7505198A JPH11254380A JP H11254380 A JPH11254380 A JP H11254380A JP 10075051 A JP10075051 A JP 10075051A JP 7505198 A JP7505198 A JP 7505198A JP H11254380 A JPH11254380 A JP H11254380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collision
value
disturbance torque
industrial robot
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10075051A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Hosoi
一 細井
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.)
Nachi Fujikoshi Corp
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nachi Fujikoshi Corp filed Critical Nachi Fujikoshi Corp
Priority to JP10075051A priority Critical patent/JPH11254380A/en
Publication of JPH11254380A publication Critical patent/JPH11254380A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform quick and highly reliable collision detection by operating an industrial robot in a non-collision state and automatically setting a prescribed value by multiplying the maximum value of the collision component of external disturbance torque by a specified margin torque. SOLUTION: An industrial robot is actually operated according to an operation program, and during this period, the maximum value of the collision component of external disturbance torque is first initialized in a robot controller. Then, the collision component of the external disturbance torque is calculated based on a minimum dimensional observer and, if the collision component of the external disturbance torque is larger than the maximum value at this time, the collision component of the external disturbance torque is replaced by a new maximum value. Then, when a maximum peak value is obtained as a maximum value, a value obtained by multiplying the maximum value by a specified margin value is stored as a prescribed value for a collision detector 7. Thus, a proper prescribed value is uniquely selected for detecting the occurrence of collision different for each driving shaft, and a method for performing quick and highly reliable collision detection for the industrial robot is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】産業用ロボットを構成するア
ームあるいはエンドエフェクタが障害物などと衝突した
場合に、衝突時の負荷を最小限に抑えることが可能な産
業用ロボットの衝突検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a collision of an industrial robot which can minimize the load when the arm or end effector constituting the industrial robot collides with an obstacle or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットを構成するアーム自身あ
るいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害物に衝
突した場合、各アームを駆動する駆動軸モータは予め設
定された移動指令に従ってなおも回転し続けようとし、
この結果駆動軸モータは拘束状態となり、大きなトルク
を発生し続けることになる。この状態が長く続くと駆動
軸モータや減速機を含むアームの機構部が破損する可能
性が生ずるので、従来より、何らかの手法により衝突の
発生を検出し、駆動軸モータの移動指令を即時に中断す
る等の処置を行わせていた。
2. Description of the Related Art When an arm constituting an industrial robot or an end effector gripped by the arm collides with an obstacle, a drive shaft motor for driving each arm continues to rotate in accordance with a preset movement command. Trying to
As a result, the drive shaft motor is in a constrained state, and continues to generate a large torque. If this condition continues for a long time, the mechanism of the arm including the drive shaft motor and the reduction gear may be damaged.Therefore, the occurrence of a collision is detected by some method, and the movement command of the drive shaft motor is immediately interrupted. And other measures were taken.

【0003】例えば、特開平6−131050号に開示
されている方法では、外乱推定オブザーバによって摩擦
トルクを考慮した外乱トルクを推定し、この推定外乱ト
ルクに基づいて算出された外乱トルクの衝突成分が規定
値以上になったとき、負荷異常として衝突等が生じてい
るものと判断するようにしていた。この方法は、力セン
サなどの衝突検出用の特別な検出器を使用することな
く、ソフトウェア上での処理により衝突の発生を検出
し、駆動軸モータへの動力供給を遮断し、これによりア
ームを即座に緊急停止させることができるというもので
ある。
For example, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-131050, a disturbance estimation observer estimates a disturbance torque in consideration of a friction torque, and a collision component of the disturbance torque calculated based on the estimated disturbance torque is calculated. When the value exceeds the specified value, it is determined that a collision or the like has occurred as a load abnormality. This method detects the occurrence of a collision by processing on software without using a special detector for collision detection, such as a force sensor, and shuts off the power supply to the drive shaft motor, thereby turning off the arm. An emergency stop can be made immediately.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の規定値
は、この値が小さいほど素早く衝突の発生が検出される
が、極度に小さくし過ぎると、実際に衝突が発生してい
ない場合でも衝突が発生しているとの誤った判断がされ
るという事態が生じる。詳細には、図3は衝突が発生し
ていない場合の外乱トルクの衝突成分の時間変化を示す
グラフであるが、衝突が発生していない場合でも、外乱
推定オブザーバで使用するロボットモデルと実機との間
には、ロボットの機械的な誤差や温度変化などの環境に
よる誤差、あるいはオペレータが設定するハンドやワー
クの設定誤差などが存在するために、常に正確な外乱ト
ルクが推定されるわけではなく、ある程度の誤差を含ん
だものとなり、その結果図3に示すように外乱トルクの
衝突成分は完全なゼロとはならない。
However, as for the above-mentioned specified value, the smaller the value is, the quicker the occurrence of a collision is detected. However, if the value is extremely small, the collision will occur even if no collision actually occurs. A situation arises in which it is erroneously determined that an error has occurred. In detail, FIG. 3 is a graph showing the time change of the collision component of the disturbance torque when no collision occurs. Even when no collision occurs, the robot model used by the disturbance estimation observer and the actual machine Since there are mechanical errors of the robot, errors due to the environment such as temperature changes, and errors in setting the hand and workpiece set by the operator, accurate disturbance torque cannot always be estimated. However, as shown in FIG. 3, the collision component of the disturbance torque does not become completely zero as shown in FIG.

【0005】そのため、衝突発生前後の外乱トルクの衝
突成分の時間変化は図4に示すようなグラフとなり、こ
の場合、規定値を極度に引き下げると、実際の衝突発生
前(衝突発生時刻T1より以前)でも外乱トルクの衝突
成分が規定値を超えるような状態が起こりうる。一方、
規定値の値が大き過ぎると、衝突時にも外乱トルクの衝
突成分が規定値を超えない状態となってしまい、この場
合衝突の発生が検出されなくなってしまう。したがっ
て、迅速かつ信頼性の高い衝突検出を行わせるために
は、適正な規定値を一義的に選定できるような方法が必
要となる。
[0005] For this reason, the time change of the collision component of the disturbance torque before and after the occurrence of the collision is shown in a graph shown in FIG. 4. ), A situation may occur in which the collision component of the disturbance torque exceeds a specified value. on the other hand,
If the specified value is too large, the collision component of the disturbance torque will not exceed the specified value even at the time of a collision, and in this case, occurrence of a collision will not be detected. Therefore, in order to perform quick and highly reliable collision detection, a method is required that can uniquely select an appropriate prescribed value.

【0006】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、衝突の発生を検出するための適正な規
定値を一義的に選定することにより、迅速かつ信頼性の
高い産業用ロボットの衝突検出方法を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a rapid and highly reliable industrial robot can be obtained by uniquely selecting an appropriate prescribed value for detecting the occurrence of a collision. It is an object of the present invention to provide a collision detection method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、関節部を駆動する駆動軸モータが減
速機を介してアームと連結される構造を有し、オブザー
バを用いることにより駆動軸モータが受ける推定外乱ト
ルクを算出し、この推定外乱トルクから既知の外乱トル
クを差し引くことにより外乱トルクの衝突成分を算出
し、この外乱トルクの衝突成分が予め設定された規定値
を超えたときに衝突の発生を検出したものと判断するよ
うにした産業用ロボットの衝突検出方法において、産業
用ロボットを衝突の発生がない状態で動作させ、このと
きの外乱トルクの衝突成分の最大値を算出し、この最大
値に所定のマージン値を乗ずることにより前記規定値を
自動的に設定するようにしたことを特徴とする産業用ロ
ボットの衝突検出方法を提供した(請求項1)。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which a drive shaft motor for driving a joint is connected to an arm via a speed reducer, and an observer is used. By calculating the estimated disturbance torque received by the drive shaft motor, a known disturbance torque is subtracted from the estimated disturbance torque to calculate a collision component of the disturbance torque, and the collision component of the disturbance torque exceeds a predetermined value. In the collision detection method of an industrial robot in which the occurrence of a collision is detected when the collision occurs, the industrial robot is operated in a state in which no collision occurs, and the maximum value of the collision component of the disturbance torque at this time. And calculating the specified value automatically by multiplying the maximum value by a predetermined margin value. And it provided (claim 1).

【0008】実際に衝突が発生していない状態において
衝突の発生を検出しないためには、衝突が発生していな
い状態での外乱トルクの衝突成分よりも常に規定値の値
が大きくなければならない。そこで、産業用ロボットを
衝突の発生がない状態で動作させ、このときの外乱トル
クに基づいて算出された外乱トルクの衝突成分からその
最大値を抽出する。この衝突が発生していない状態での
外乱トルクの衝突成分の最大値に所定のマージン値を乗
ずることにより算出された値を規定値として選定する。
これにより、各駆動軸毎に異なる規定値を自動的に設定
することが可能となる。マージン値は、実際に衝突が発
生していない状態において衝突の発生を検出しないよう
考慮し、なおかつ、衝突時の外乱トルクの衝突成分が小
さい場合、例えば遅い速度で障害物と衝突した場合や障
害物が弾性体であった場合などにも衝突の発生を確実に
検出できるよう考慮して選定する必要がある。
In order not to detect the occurrence of a collision when no collision actually occurs, the specified value must always be larger than the collision component of the disturbance torque when no collision occurs. Therefore, the industrial robot is operated in a state where no collision occurs, and the maximum value is extracted from the collision component of the disturbance torque calculated based on the disturbance torque at this time. A value calculated by multiplying the maximum value of the collision component of the disturbance torque in a state where no collision occurs by a predetermined margin value is selected as a specified value.
This makes it possible to automatically set different specified values for each drive axis. The margin value should be considered so as not to detect the occurrence of a collision when no collision actually occurs, and when the collision component of the disturbance torque at the time of the collision is small, such as when colliding with an obstacle at a low speed or when the When an object is an elastic body, it is necessary to select an object in consideration of the fact that the occurrence of a collision can be reliably detected.

【0009】本願出願人が様々な条件下において産業用
ロボットの動作実験を行ったところ、前記マージン値を
1.5以上かつ2.5以下の範囲内で設定するようにす
れば、実際に衝突が発生していない状態において衝突の
発生を検出することはなく、さらに、衝突時の外乱トル
クの衝突成分が小さい場合にも衝突の発生を確実に検出
できることがわかった。
The applicant of the present invention has conducted experiments on the operation of an industrial robot under various conditions, and found that if the margin value is set within a range of 1.5 or more and 2.5 or less, a collision actually occurs. It has been found that the occurrence of a collision is not detected in a state where no collision occurs, and that the occurrence of a collision can be reliably detected even when the collision component of the disturbance torque at the time of the collision is small.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態
における駆動軸制御装置を構成するサーボ系のブロック
図である。図中、1は産業用ロボットの各アームの駆動
軸を駆動するための駆動軸モータとしてのサーボモー
タ、2は駆動軸の位置を検出するための位置検出器とし
てのエンコーダ、3は増幅器としてのパワーアンプであ
る。サーボループは内側から電流制御装置4、速度制御
装置5、位置制御装置6、という3重のループで構成さ
れている。10は目標位置・出発位置・要求速度・加速
度の制限値などを基に産業用ロボットが適正に動作する
ために求められた時々刻々の各駆動軸の指令位置を出力
する指令位置発生装置である。7は、本発明の衝突検出
方法が適用される、アーム23あるいはアーム23に把
持された図示しないエンドエフェクタが図示しない障害
物と衝突した際これを検出する衝突検出装置である。8
は衝突検出時に位置ループゲインを変更する位置ループ
ゲイン変更装置である。9は衝突検出時に指令位置を変
更する指令位置変更装置である。一方、図2はサーボモ
ータ1、回転減速機22、及びアーム23の関係を示
す、ばね−質量系の概念図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a servo system constituting a drive shaft control device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a servomotor as a drive shaft motor for driving the drive shaft of each arm of the industrial robot, 2 is an encoder as a position detector for detecting the position of the drive shaft, and 3 is an amplifier as an amplifier. It is a power amplifier. The servo loop is composed of a triple loop of a current control device 4, a speed control device 5, and a position control device 6, from the inside. Reference numeral 10 denotes a command position generator that outputs a command position of each drive shaft, which is obtained every moment, for the industrial robot to operate properly based on the target position, starting position, required speed, acceleration limit value, and the like. . Reference numeral 7 denotes a collision detection device to which the collision detection method of the present invention is applied and which detects when the arm 23 or an end effector (not shown) gripped by the arm 23 collides with an obstacle (not shown). 8
Is a position loop gain changing device that changes the position loop gain when a collision is detected. Reference numeral 9 denotes a command position changing device that changes the command position when a collision is detected. On the other hand, FIG. 2 is a conceptual diagram of a spring-mass system showing a relationship between the servomotor 1, the rotational speed reducer 22, and the arm 23.

【0011】このサーボ系の機能について説明すると、
位置制御装置6は、指令位置発生装置10が発生した動
作プログラム等に従ったサーボモータ1の時々刻々の指
令位置と、サーボモータ1に取り付けられたエンコーダ
2から読み込まれた現在位置としての位置フィードバッ
ク11との差分をとって位置偏差14とし、この位置偏
差14に位置ループゲインを乗じて求められた速度指令
15を出力するようにされている。速度制御装置5は、
位置制御装置6から出力された速度指令15と、エンコ
ーダ2から読み込まれた現在位置を微分器Sで微分する
ことにより求められた速度フィードバック12との差分
をとって速度偏差とし、この速度偏差に基づいて電流指
令16を出力するようにされている。電流制御装置4
は、速度制御装置5から出力された電流指令16と、電
流検出器17により検出されたサーボモータ1へ流れる
実電流としての電流フィードバック13との差分をと
り、これに基づいてサーボモータ1へモータ電流を出力
するようにされている。
The function of this servo system will be described.
The position control device 6 includes a momentary command position of the servo motor 1 according to an operation program or the like generated by the command position generation device 10 and a position feedback as a current position read from the encoder 2 attached to the servo motor 1. The position command 14 is obtained by calculating the difference from the position command 11, and outputs a speed command 15 obtained by multiplying the position difference 14 by a position loop gain. The speed control device 5
The difference between the speed command 15 output from the position control device 6 and the speed feedback 12 obtained by differentiating the current position read from the encoder 2 with the differentiator S is taken as a speed deviation. The current command 16 is output based on the current command. Current control device 4
Calculates the difference between the current command 16 output from the speed control device 5 and the current feedback 13 as an actual current flowing to the servomotor 1 detected by the current detector 17, and based on this, the motor is fed to the servomotor 1. It is configured to output a current.

【0012】衝突検出装置7は、本発明の衝突検出方法
が適用される装置であり、外乱推定オブザーバによって
外乱トルクを推定し、この推定された外乱トルクに基づ
いて算出された外乱トルクの衝突成分が規定値以上にな
ったとき、衝突が生じているものと判断するようにして
いる。衝突時には、サーボループは通常よりも大きなト
ルク(電流指令16)をサーボモータ1に対して出力し
ようとするが、衝突により実際にはサーボモータ1の位
置はほとんど変化しないので速度フィードバック12の
値はほとんどゼロとなる。したがって、速度制御装置5
から出力された電流指令16と速度フィードバック12
の値を監視し、これらの値を基にねじれ量を算出し、こ
のねじれ量をアーム23に加わる外乱トルクに換算し、
この換算値から、重力により発生するアンバランストル
クや、他の駆動軸の運動により発生する遠心力・コリオ
リ力・慣性力等を源とする所謂軸干渉トルクといった既
知の外乱トルクを差し引けば、外乱トルクの衝突による
増加分すなわち外乱トルクの衝突成分が算出できる。
The collision detection device 7 is a device to which the collision detection method of the present invention is applied, estimates a disturbance torque by a disturbance estimation observer, and calculates a collision component of the disturbance torque calculated based on the estimated disturbance torque. Is greater than a specified value, it is determined that a collision has occurred. At the time of collision, the servo loop tries to output a larger torque (current command 16) to the servomotor 1 than usual, but since the position of the servomotor 1 hardly changes due to the collision, the value of the speed feedback 12 is It is almost zero. Therefore, the speed control device 5
Command 16 and speed feedback 12 output from
Is monitored, the amount of torsion is calculated based on these values, and the amount of torsion is converted into a disturbance torque applied to the arm 23.
From this converted value, by subtracting a known disturbance torque such as a so-called shaft interference torque generated by unbalance torque generated by gravity or centrifugal force, Coriolis force, or inertia force generated by the movement of another drive shaft, The increase due to the collision of the disturbance torque, that is, the collision component of the disturbance torque can be calculated.

【0013】図4は本実施形態における衝突検出のタイ
ミングを示すグラフであり、外乱トルクの衝突成分の時
間変化を示している。横軸は時間であり、縦軸は外乱ト
ルクの衝突成分である。外乱トルクの衝突成分は、前述
のように、オブザーバを用いることにより駆動軸モータ
が受ける推定外乱トルクを算出し、この推定外乱トルク
から、重力により発生するアンバランストルクや、他の
駆動軸の運動により発生する遠心力・コリオリ力・慣性
力等を源とする所謂軸干渉トルクといった既知の外乱ト
ルクを差し引くことにより、外乱トルクの衝突による増
加分として得られる。T1は衝突発生時刻であり、T2
は衝突検出時刻としての外乱トルクの衝突成分が規定値
を超えた時刻である。
FIG. 4 is a graph showing the timing of collision detection in the present embodiment, and shows the time change of the collision component of the disturbance torque. The horizontal axis is time, and the vertical axis is the collision component of the disturbance torque. As described above, the collision component of the disturbance torque is calculated by using the observer to calculate the estimated disturbance torque received by the drive shaft motor. From the estimated disturbance torque, the unbalance torque generated by gravity and the motion of other drive shafts are calculated. By subtracting a known disturbance torque such as a so-called shaft interference torque originating from a centrifugal force, a Coriolis force, an inertial force, or the like generated as a result, an increase in the disturbance torque due to collision can be obtained. T1 is the collision occurrence time, and T2
Is the time when the collision component of the disturbance torque as the collision detection time exceeds a specified value.

【0014】ここで、規定値の値を自動的に設定する方
法の一実施例を図5に示すフローチャートに基づいて説
明する。産業用ロボットを実際の動作プログラムに従い
動作させ、その間、ロボット制御装置において図5に示
すフローチャートで規定される処理を行う。まず、外乱
トルクの衝突成分の最大値Tmax を初期化する(ステッ
プ31)。次に、最小次元オブザーバに基づいて外乱ト
ルクの衝突成分Tを算出し(ステップ32)、外乱トル
クの衝突成分Tがこの時点での最大値Tmax よりも大き
ければ(ステップ33Y)この外乱トルクの衝突成分T
を新たな最大値Tmax と置き換えた後(ステップ34)
ステップ35に進み、一方、外乱トルクの衝突成分Tが
この時点での最大値Tmax よりも小さければ(ステップ
33N)そのままステップ35に進む。そして、ステッ
プ35では、動作プログラムが終了していなければステ
ップ32以降の処理を再度実行し、一方、動作プログラ
ムが終了していればステップ36に進む。
Here, an embodiment of a method for automatically setting the specified value will be described with reference to a flowchart shown in FIG. The industrial robot is operated in accordance with the actual operation program, and during that time, the processing specified by the flowchart shown in FIG. 5 is performed in the robot controller. First, the maximum value Tmax of the collision component of the disturbance torque is initialized (step 31). Next, the collision component T of the disturbance torque is calculated based on the minimum dimension observer (step 32). If the collision component T of the disturbance torque is larger than the maximum value Tmax at this time (step 33Y), the collision component T of this disturbance torque is calculated. Collision component T
Is replaced with a new maximum value Tmax (step 34).
When the collision component T of the disturbance torque is smaller than the maximum value Tmax at this time (step 33N), the process directly proceeds to step 35. Then, in step 35, if the operation program has not been completed, the processing after step 32 is executed again. On the other hand, if the operation program has been completed, the process proceeds to step 36.

【0015】最後に、ステップ36において、この時点
での最大値Tmax をこの動作プログラムにおける最大値
と判断する。すなわち、図6は衝突が発生していない場
合の外乱トルクの衝突成分の時間変化と最大値Tmax
の関係を示すグラフであるが、図5のフローチャートに
示す処理を行わせることにより、最大のピーク値が最大
値Tmax として求められる。そして、最大値Tmax に所
定のマージン値を乗ずることにより得られた値を規定値
として記憶する。
Finally, in step 36, it is determined that the maximum value Tmax at this time is the maximum value in this operation program. That is, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the time change of the collision component of the disturbance torque and the maximum value Tmax when no collision occurs, but by performing the processing shown in the flowchart of FIG. Is obtained as the maximum value Tmax . Then, a value obtained by multiplying the maximum value Tmax by a predetermined margin value is stored as a specified value.

【0016】ここで、マージン値は1以上の数値であ
り、ある程度の許容率を考慮した上で設定する。すなわ
ち、マージン値は、実際に衝突が発生していない状態に
おいて衝突の発生を検出しないよう考慮し、なおかつ、
衝突時の外乱トルクの衝突成分が小さい場合、例えば遅
い速度で障害物と衝突した場合や障害物が弾性体であっ
た場合などにも衝突の発生を確実に検出できるよう考慮
して選定する。本願出願人が様々な条件下において産業
用ロボットの動作実験を行ったところ、前記マージン値
を1.5以上かつ2.5以下の範囲内で設定するように
すれば、実際に衝突が発生していない状態において衝突
の発生を検出することはなく、さらに、衝突時の外乱ト
ルクの衝突成分が小さい場合にも衝突の発生を確実に検
出できることがわかった。
Here, the margin value is a numerical value of 1 or more, and is set in consideration of a certain allowable rate. That is, the margin value is considered so as not to detect the occurrence of a collision when no collision actually occurs, and
When the collision component of the disturbance torque at the time of the collision is small, for example, when the vehicle collides with an obstacle at a low speed, or when the obstacle is an elastic body, the selection is made in consideration of reliably detecting the occurrence of the collision. When the applicant of the present application performed an operation experiment of an industrial robot under various conditions, if the margin value was set within a range of 1.5 or more and 2.5 or less, a collision actually occurred. It has been found that the occurrence of a collision is not detected in a state where no collision occurs, and that the occurrence of a collision can be reliably detected even when the collision component of the disturbance torque at the time of the collision is small.

【0017】図7は衝突が発生している場合の外乱トル
クの衝突成分の時間変化と最大値Tmax に所定のマージ
ン値を乗ずることにより得られた規定値との関係を示す
グラフである。適正なマージン値を設定することによ
り、衝突検出の信頼性を確保しつつ、衝突発生時刻T1
と衝突検出時刻T2との間隔すなわちタイムラグを小さ
くすることができる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the time change of the collision component of the disturbance torque and the specified value obtained by multiplying the maximum value Tmax by a predetermined margin value when a collision occurs. By setting an appropriate margin value, the collision occurrence time T1 can be ensured while ensuring the reliability of collision detection.
And the time lag between the collision detection time T2, that is, the time lag, can be reduced.

【0018】指令位置変更装置9は、衝突検出装置7に
おいて衝突が検出された場合は、エンコーダ2よりサー
ボモータ1の現在位置を入力し、この現在位置を衝突時
の指令位置として指令位置発生装置10へ出力する。指
令位置発生装置10は、前述のように、通常は動作プロ
グラム等に従いサーボモータ1の時々刻々の指令位置を
発生しているが、衝突検出時には指令位置変更装置9か
ら入力したサーボモータ1の現在位置を指令位置として
位置制御装置6へ出力する。これにより、衝突時は指令
位置と現在位置との差分である位置偏差14はゼロとな
るので、これに位置ループゲインを乗じて求められる速
度指令15もゼロとなり、この結果サーボモータ1に制
動トルクが発生することにより直ちにアーム23の動作
が停止される。したがって、アーム23あるいは図示し
ないエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最小限に
抑えられることとなる。
When a collision is detected by the collision detection device 7, the command position change device 9 inputs the current position of the servo motor 1 from the encoder 2 and uses this current position as a command position at the time of collision. Output to 10 As described above, the command position generating device 10 normally generates the command position of the servo motor 1 every moment according to the operation program or the like, but the current position of the servo motor 1 input from the command position changing device 9 is detected when a collision is detected. The position is output to the position control device 6 as a command position. As a result, at the time of a collision, the position deviation 14, which is the difference between the command position and the current position, becomes zero, and the speed command 15 obtained by multiplying the position deviation by the position loop gain also becomes zero. Is generated, the operation of the arm 23 is immediately stopped. Therefore, the penetration of the arm 23 or the end effector (not shown) into an obstacle is minimized.

【0019】位置ループゲイン変更装置8は、衝突検出
装置7において衝突が検出された場合は、位置制御装置
6に対して位置ループゲインの衝突時設定値を出力し、
位置制御装置6はこの衝突時設定値の入力を受け、位置
制御装置6内に記憶されている位置ループゲインの初期
設定値を衝突時設定値に変更する。位置ループゲインは
位置偏差14より速度指令15を算出する際に用いられ
る比例定数であり、この値が大きいほど駆動軸の剛性は
高くなり、よって指令位置に対する駆動軸の追従性は良
くなるが、逆にサーボモータ1や減速機22にかかる負
荷は大きくなる。アーム23の動作中は駆動軸の追従性
を良くするために位置ループゲインを大きくとることが
望ましいが、衝突時にサーボモータ1が拘束状態となっ
たときには、位置ループゲインが大きいことによる減速
機22にかかる負荷の増加により、減速機22の寿命を
縮めたり、最悪の場合は減速機22を含む駆動系を破損
させることになる。
When the collision detecting device 7 detects a collision, the position loop gain changing device 8 outputs a position loop gain setting value to the position control device 6 at the time of collision.
The position control device 6 receives the collision set value and changes the initial position loop gain value stored in the position control device 6 to the collision set value. The position loop gain is a proportionality constant used when calculating the speed command 15 from the position deviation 14. The larger this value is, the higher the stiffness of the drive shaft is, and the better the followability of the drive shaft to the command position is. Conversely, the load on the servomotor 1 and the reduction gear 22 increases. While the arm 23 is in operation, it is desirable to increase the position loop gain in order to improve the followability of the drive shaft. , The life of the reduction gear 22 is shortened, or in the worst case, the drive system including the reduction gear 22 is damaged.

【0020】そこで、衝突時には位置ループゲインをア
ーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより、速度指令を低下
させ、よって駆動軸の剛性を低下させ、この結果障害物
に衝突したアーム23が復元力により衝突位置まで自然
に引き戻されることによりくい込み状態が解消され、よ
って減速機22にかかる負荷が低減されるようになる。
Therefore, in the event of a collision, the speed command is reduced by changing the position loop gain from the initial set value during arm operation to a smaller set value during the collision, thereby reducing the rigidity of the drive shaft. As a result, the arm 23 that has collided with the obstacle is naturally pulled back to the collision position by the restoring force, so that the biting state is eliminated and the load on the reduction gear 22 is reduced.

【0021】位置ループゲインの衝突時設定値は、障害
物に衝突したアーム23が復元力により衝突位置まで自
然に引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、
極端に小さくし過ぎると、アーム自身の重みにより重力
に対抗しきれなくなり、最悪の場合アーム23が落下し
てしまうという事態が発生する。そのため、位置ループ
ゲインの衝突時設定値については、重力の影響分は最低
限補償しておく必要がある。この点を考慮したうえで、
位置ループゲインの衝突時設定値は予め所定の値を規定
しておいてもよいが、所定の比率を予め規定しておき、
衝突時には位置ループゲインの初期設定値にこの予め規
定しておいた比率を乗ずることにより、位置ループゲイ
ンを変更するようにしてもよい。
The set value of the position loop gain at the time of collision needs to be small enough that the arm 23 that has collided with the obstacle is naturally pulled back to the collision position by the restoring force.
If it is made extremely small, the weight of the arm itself will not be able to counter gravity and, in the worst case, the arm 23 will fall. For this reason, it is necessary to compensate at least the influence of gravity on the set value of the position loop gain at the time of collision. With this in mind,
Although the predetermined value at the time of collision of the position loop gain may be defined in advance, a predetermined ratio is defined in advance,
At the time of a collision, the position loop gain may be changed by multiplying the initial value of the position loop gain by this predetermined ratio.

【0022】具体的には、エンドエフェクタに所定の負
荷を持たせ、実際に衝突状態を発生させることにより、
アーム23が復元力により衝突位置まで自然に引き戻さ
れ、かつ、重力の影響によりアーム23が落下してしま
うことがないような衝突時設定値を実験的に求めるよう
にする。あるいは、同様な実験を繰り返すことにより複
数のデータが得られれば、衝突時設定値の初期設定値に
対する比率を求めることが可能になるので、衝突時には
位置ループゲインの初期設定値にこの比率を乗ずること
により、位置ループゲインを変更するようにする。
Specifically, by giving a predetermined load to the end effector and actually generating a collision state,
The collision set value is determined experimentally so that the arm 23 is naturally pulled back to the collision position by the restoring force, and the arm 23 is not dropped by the influence of gravity. Alternatively, if a plurality of data are obtained by repeating the same experiment, it is possible to obtain the ratio of the set value at the time of collision to the initial set value. Therefore, at the time of a collision, multiply the initial value of the position loop gain by this ratio. Thus, the position loop gain is changed.

【0023】以上、本発明の一実施形態について説明し
た。上記の実施形態は産業用ロボットの駆動軸に本発明
を適用した場合について説明したものであるが、関節部
を駆動する駆動軸モータが減速機を介してアームあるい
はこれに相当する部材を動作させる形態のものであれ
ば、産業用ロボット以外のものにも本発明の技術は容易
に展開可能であり、例えば、駆動軸にサーボモータ及び
減速機を使用している工作機械にも適用できる。
The embodiment of the present invention has been described above. Although the above embodiment describes the case where the present invention is applied to the drive shaft of an industrial robot, the drive shaft motor that drives the joint operates the arm or a member corresponding thereto via a speed reducer. As long as it is a form, the technology of the present invention can be easily applied to a machine other than the industrial robot, and can be applied to, for example, a machine tool using a servomotor and a speed reducer for a drive shaft.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、関節部を駆動する駆動
軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を有
し、オブザーバを用いることにより駆動軸モータが受け
る推定外乱トルクを算出し、この推定外乱トルクから既
知の外乱トルクを差し引くことにより外乱トルクの衝突
成分を算出し、この外乱トルクの衝突成分が予め設定さ
れた規定値を超えたときに衝突の発生を検出したものと
判断するようにした産業用ロボットの衝突検出方法にお
いて、産業用ロボットを衝突の発生がない状態で動作さ
せ、このときの外乱トルクの衝突成分の最大値を算出
し、この最大値に所定のマージン値を乗ずることにより
前記規定値を自動的に設定するようにしたので、各駆動
軸毎に異なる衝突の発生を検出するための適正な規定値
を一義的に選定することができるようになった。そのた
め、迅速かつ信頼性の高い産業用ロボットの衝突検出方
法を提供できるものとなった。
According to the present invention, a drive shaft motor for driving a joint has a structure connected to an arm via a speed reducer, and an estimated disturbance torque received by the drive shaft motor is calculated by using an observer. Then, a collision component of the disturbance torque is calculated by subtracting the known disturbance torque from the estimated disturbance torque, and the occurrence of a collision is detected when the collision component of the disturbance torque exceeds a predetermined value. In the collision detection method for an industrial robot, the industrial robot is operated in a state where no collision occurs, a maximum value of a collision component of a disturbance torque at this time is calculated, and a predetermined margin is set to the maximum value. Since the specified value is automatically set by multiplying the value, an appropriate specified value for detecting occurrence of a different collision is uniquely selected for each drive shaft. Theft can now. Therefore, it has become possible to provide a method for quickly and reliably detecting a collision of an industrial robot.

【0025】特に、請求項2にかかる発明のように、マ
ージン値を1.5以上かつ2.5以下の範囲内で設定す
るようにすれば、実際に衝突が発生していない状態にお
いて衝突の発生を検出することはなく、さらに、衝突時
の外乱トルクの衝突成分が小さい場合にも衝突の発生を
確実に検出できるものとなった。
In particular, if the margin value is set within the range of 1.5 or more and 2.5 or less as in the invention according to the second aspect, it is possible to prevent the collision in a state where no collision actually occurs. The occurrence is not detected, and the occurrence of the collision can be reliably detected even when the collision component of the disturbance torque at the time of the collision is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における産業用ロボットの衝突検出方法
が適用される、産業用ロボットのサーボ系のブロック図
である。
FIG. 1 is a block diagram of a servo system of an industrial robot to which an industrial robot collision detection method according to the present invention is applied.

【図2】サーボモータ1、回転減速機22、及びアーム
23の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a spring-mass system, showing a relationship among a servomotor 1, a rotation speed reducer 22, and an arm 23.

【図3】衝突が発生していない場合の外乱トルクの衝突
成分の時間変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a time change of a collision component of a disturbance torque when no collision occurs.

【図4】衝突発生前後の外乱トルクの衝突成分の時間変
化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a time change of a collision component of a disturbance torque before and after a collision occurs.

【図5】本発明における規定値の値を自動的に設定する
方法の一実施例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing one embodiment of a method for automatically setting a specified value in the present invention.

【図6】本発明における衝突が発生していない場合の外
乱トルクの衝突成分の時間変化と最大値Tmax との関係
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a time change of a collision component of a disturbance torque and a maximum value T max when a collision does not occur in the present invention.

【図7】本発明における衝突が発生している場合の外乱
トルクの衝突成分の時間変化と最大値Tmax に所定のマ
ージン値を乗ずることにより得られた規定値との関係を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a temporal change of a collision component of a disturbance torque and a specified value obtained by multiplying a maximum value T max by a predetermined margin value when a collision occurs in the present invention. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 駆動軸モータ(サーボモータ) 2 位置検出器(エンコーダ) 3 パワーアンプ 4 電流制御装置 5 速度制御装置 6 位置制御装置 7 衝突検出装置 8 位置ループゲイン変更装置 9 指令位置変更装置 10 指令位置発生装置 11 位置フィードバック 12 速度フィードバック 13 電流フィードバック 14 位置偏差 15 速度指令 16 電流指令 17 電流検出器 22 減速機 23 アーム Reference Signs List 1 drive shaft motor (servo motor) 2 position detector (encoder) 3 power amplifier 4 current control device 5 speed control device 6 position control device 7 collision detection device 8 position loop gain change device 9 command position change device 10 command position generation device DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Position feedback 12 Speed feedback 13 Current feedback 14 Position deviation 15 Speed command 16 Current command 17 Current detector 22 Reduction gear 23 Arm

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
介してアームと連結される構造を有し、オブザーバを用
いることにより前記駆動軸モータが受ける推定外乱トル
クを算出し、該推定外乱トルクから既知の外乱トルクを
差し引くことにより外乱トルクの衝突成分を算出し、該
外乱トルクの衝突成分が予め設定された規定値を超えた
ときに衝突の発生を検出したものと判断するようにした
産業用ロボットの衝突検出方法において、 産業用ロボットを衝突の発生がない状態で動作させ、こ
のときの前記外乱トルクの衝突成分の最大値を算出し、
該最大値に所定のマージン値を乗ずることにより前記規
定値を自動的に設定するようにしたことを特徴とする産
業用ロボットの衝突検出方法。
A drive shaft motor for driving a joint has a structure connected to an arm via a speed reducer, and an estimated disturbance torque received by the drive shaft motor is calculated by using an observer. The collision component of the disturbance torque is calculated by subtracting the known disturbance torque from the torque, and when the collision component of the disturbance torque exceeds a predetermined value, it is determined that a collision has been detected. In the collision detection method for an industrial robot, the industrial robot is operated in a state where no collision occurs, and a maximum value of a collision component of the disturbance torque at this time is calculated,
A method for detecting a collision of an industrial robot, wherein the specified value is automatically set by multiplying the maximum value by a predetermined margin value.
【請求項2】前記マージン値を1.5以上かつ2.5以
下の範囲内で設定するようにしたことを特徴とする請求
項1に記載の産業用ロボットの衝突検出方法。
2. The collision detection method for an industrial robot according to claim 1, wherein said margin value is set within a range of 1.5 or more and 2.5 or less.
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