JP5758777B2 - robot - Google Patents
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Description
本発明は、台車等の移動体により移動するロボットに関する。 The present invention relates to a robot that moves by a moving body such as a carriage.
このような移動体により移動するロボットとして、特許文献1には、移動体としてのXYステージ上にインデックスユニットを介してアームと上下駆動ユニットとハンドユニットを設けた工業用ロボットが記載されている。この工業用ロボットでは、XYステージ上に各ユニットを設けることによって、位置制御は直交座標型ロボットと同様の簡単な方法で行いながら、直交座標型ロボットでは得られない広い動作範囲の確保を図っている。
As a robot that moves by such a moving body,
特許文献2には、移動機構を備え、遠隔操作によって各種点検、作業等の操作を行う移動ロボットが記載されている。この移動ロボットは、移動経路の途中に設けられた、移動動作、点検作業動作等の補助を行う補助器具を制御して、自身の方向転換や、上部フロアへの移動等を行う。これにより、移動ロボット自体の機能が縮小され、小型化が図られている。
しかしながら、特許文献1の工業用ロボットによれば、XYステージ上に各ユニットが設けられているので、工業用ロボットが移動できる範囲は、XYステージの可動範囲内に限られる。
However, according to the industrial robot of
一方、特許文献2の移動ロボットによれば、車輪を備えた移動機構を備えているので、移動ロボットは、移動機構により広い範囲を移動することができる。しかし、アームや関節機構で構成される腕状機構が移動機構上にそのまま固定されているので、移動ロボットが、移動機構により操作対象の近傍まで移動しても、腕状機構の長さが若干足りないために、腕状機構が操作対象に届かず、操作対象を操作できない場合がある。
On the other hand, according to the mobile robot of
また、腕状機構先端のエンドエフェクタや、これによる操作対象として、微細で正確な操作を要するものを採用する場合には、操作対象に対するエンドエフェクタの位置決めや操作が、腕状機構の動作のみでは困難な場合もある。 In addition, when an end effector at the tip of the arm-shaped mechanism or an operation target that requires fine and accurate operation is employed, the positioning and operation of the end effector with respect to the operation target can be performed only by the operation of the arm-shaped mechanism. It can be difficult.
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、適用範囲の広いロボットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a robot having a wide application range in view of the problems of the prior art.
本発明に係るロボットは、関節機構と該関節機構を介して連結されたリンク部材とを有するロボットアームを備え、移動体により移動するロボットであって、前記移動体上で、前記ロボットアームの基端部が連結されたステージを変位させる変位機構と、前記ステージと前記ロボットアームの基端部との間に作用する力を検出する力検出器と、前記変位機構を制御することにより前記ロボットアームの重心位置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記変位機構の制御に際し、入力された前記ロボットアームの目標運動軌道に基づき、該ロボットアームの目標重心位置軌道と、前記ステージの目標ステージ位置軌道とを定め、前記力検出器の検出出力軌道に基づいて前記ロボットアームの推定重心位置軌道を生成し、前記目標重心位置軌道と前記推定重心位置軌道との差分に比例ゲイン係数、微分ゲイン係数又はこれらの和を乗じて得られるステージ位置補償軌道を前記目標ステージ位置軌道に加算して補正目標ステージ位置軌道を生成し、これに従って前記ステージを駆動することを特徴とする。 A robot according to the present invention includes a robot arm having a joint mechanism and a link member connected via the joint mechanism, and is a robot that moves by a moving body. A displacement mechanism for displacing a stage to which ends are connected; a force detector for detecting a force acting between the stage and a base end of the robot arm; and the robot arm by controlling the displacement mechanism Control means for controlling the center of gravity position of the robot arm, and the control means is configured to control the displacement mechanism based on the input target motion trajectory of the robot arm and the target center of gravity position trajectory of the robot arm and the stage. A target stage position trajectory is determined, and an estimated center of gravity position trajectory of the robot arm is generated based on a detection output trajectory of the force detector. A stage position compensation trajectory obtained by multiplying the difference between the position trajectory and the estimated center of gravity position trajectory by a proportional gain coefficient, a differential gain coefficient or the sum thereof is added to the target stage position trajectory to generate a corrected target stage position trajectory. According to this, the stage is driven .
本発明によれば、ロボットアームの駆動及び移動体による移動のみでは、ロボットアームの先端のエンドエフェクタが操作対象に届かず、操作対象を操作できない場合でも、変位機構によってロボットアームを操作対象の方へ変位させることにより、エンドエフェクタを操作対象の操作が可能な位置まで近接させることができる場合がある。したがって、ロボットによるアクセス範囲を拡大することができる。 According to the present invention, even when the robot arm is only driven and moved by the moving body, the end effector at the tip of the robot arm does not reach the operation target, and the operation target cannot be operated. In some cases, the end effector can be brought close to a position where the operation target can be operated. Therefore, the access range by the robot can be expanded.
また、関節機構によるロボットアームの駆動と、変位機構によるロボットアームの変位とを併用しながらエンドエフェクタによる操作を行うことにより、操作対象に対するエンドエフェクタの位置決めや操作を、高い精度で行うことができる。これにより、高い位置決め精度や操作精度が要求されるエンドエフェクタや操作対象についても支障なく操作を行うことができる。したがって、本発明によれば、適用範囲の広いロボットを提供することができる。 In addition, the end effector can be positioned and operated with respect to the operation target with high accuracy by using the end effector while simultaneously driving the robot arm by the joint mechanism and the displacement of the robot arm by the displacement mechanism. . Thereby, it is possible to operate the end effector and the operation target that require high positioning accuracy and operation accuracy without any trouble. Therefore, according to the present invention, a robot with a wide application range can be provided.
本発明において、ロボットは、変位機構とロボットアームの基端部との間に作用する力を検出する力検出器と、力検出器の検出結果に基づいて変位機構を上記のように制御することによってロボットアームの重心位置を制御する制御手段とを備えている。 In the present invention, robot includes a force detector for detecting a force acting between the displacement of mechanism and the base end portion of the robot arm, the displacement of mechanism based on a detection result of the force detector as described above to controlling Therefore that have a control means for controlling the position of the center of gravity of the robot arm.
これによれば、制御手段によってロボットアームの重心位置を適切に制御することにより、移動体による不整地の走行中や、エンドエフェクタによる操作対象の操作中におけるロボットの安定性確保や転倒防止を図ることができる。 According to this, by controlling the position of the center of gravity of the robot arm appropriately by the control means, it is possible to ensure the stability of the robot and to prevent the vehicle from falling over while traveling on rough terrain by the moving body or operating the operation target by the end effector. be able to.
本発明において、前記制御手段は、前記変位機構の制御により、前記ロボットアームの重心位置を、所定の安定位置に位置するように制御するものであり、前記変位機構の制御のみでは前記ロボットアームの重心位置を前記安定位置に位置するように制御できない場合には、さらに前記ロボットアームの最も基端側の前記関節機構を制御し、又は該関節機構及び前記移動体の双方を制御することにより、前記ロボットの重心位置を、前記安定位置に位置するように制御するものであってもよい。 In the present invention, the control means controls the position of the center of gravity of the robot arm so as to be located at a predetermined stable position by controlling the displacement mechanism. When the center of gravity position cannot be controlled so as to be positioned at the stable position, further controlling the joint mechanism on the most proximal side of the robot arm, or by controlling both the joint mechanism and the moving body, The center of gravity of the robot may be controlled so as to be positioned at the stable position.
これによれば、変位機構のみの制御によってはロボットアームの重心位置を安定位置に位置させることができない場合でも、さらに関節機構や移動体を追加的に制御することにより、ロボットアームの重心位置を安定位置に位置させることができる。したがって、移動体による移動中や操作対象の操作中におけるロボットの安定性や転倒防止を、より確実に実現することができる。 According to this, even when the center of gravity position of the robot arm cannot be positioned at the stable position by controlling only the displacement mechanism, the center of gravity position of the robot arm is further controlled by additionally controlling the joint mechanism and the moving body. It can be located in a stable position. Therefore, it is possible to more reliably realize the stability of the robot and the prevention of falling during the movement by the moving body and the operation of the operation target.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1に示すように、ロボット1は、マニピュレータとしてのロボットアーム2を備える。ロボットアーム2は、複数の関節機構と、当該複数の関節機構を介して連結されている複数のリンク部材とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
複数の関節機構には、ロボットアーム2の先端部側に配置された第1関節機構J1と、ロボットアーム2の基端部側に配置された第2関節機構J2と、第1関節機構J1と第2関節機構J2との中間に配置された2つの中間関節機構I1及びI2とが含まれる。中間関節機構は省略されてもよい。中間関節機構の数は任意に変更され得る。
The plurality of joint mechanisms include a first joint mechanism J 1 disposed on the distal end side of the
第1関節機構J1の回転自由度は3(ロール、ピッチ及びヨー)であり、第2関節機構J2の回転自由度は2(ピッチ及びヨー)である。第1の中間関節機構I1の回転自由度は1(ロール)であり、第2の中間関節機構I2の回転自由度は2(ピッチ及びヨー)である。ロボットアーム2は、各関節機構の各回転自由度内における回転角度(関節角度)に応じた信号を出力するロータリエンコーダ等の関節角度センサSi(i=1,2,・・・)を備える(図2参照)。なお、各関節機構の回転自由度は任意に変更されてもよい。
The rotational degree of rotation of the first joint mechanism J 1 is 3 (roll, pitch and yaw), and the rotational degree of freedom of the second joint mechanism J 2 is 2 (pitch and yaw). The rotational freedom degree of the first intermediate joint mechanism I 1 is 1 (roll), and the rotational freedom degree of the second intermediate joint mechanism I 2 is 2 (pitch and yaw). The
ロボットアーム2の先端部は、第1関節機構J1及び弾性要素X0を順に介して冶具X1に連結される。冶具X1は、例えばバルブの開閉というタスクを実行するため、当該バルブのハンドルに係合させるための適当な構造とされる。弾性要素X0及び冶具X1のうち少なくとも1つがロボットアーム2の構成要素であってもよい。
The tip of the
ロボットアーム2の基端部は、第2関節機構J2を介してXYステージX2に連結されている。XYステージX2は、台車X3上でロボットアーム2を支持し、台車X3を基準とする所定の基準平面に対して平行に、ロボットアーム2を移動させる。台車X3は、遠隔操作可能な移動体である。
The base end portion of the
ロボットアーム2は、その先端部に配置されている第1の6軸力センサF1と、第1のジャイロセンサG1とを備える。第1の6軸力センサF1は、ロボットアーム2と冶具X1との相対的な3軸(ロール軸、ピッチ軸及びヨー軸)方向の力及び当該3軸回りのモーメントに応じた信号を出力するように構成される。第1のジャイロセンサG1は、世界座標系(基準座標系)における冶具X1の姿勢(水平方向に対する傾斜角度など)に応じた信号を出力するように構成される。
The
ロボットアーム2は、その基端部に配置されている第2の6軸力センサF2と第2のジャイロセンサG2とを備える。第2の6軸力センサF2は、ロボットアーム2とXYステージX2との相対的な3軸(ロール軸、ピッチ軸及びヨー軸)方向の力及び当該3軸回りのモーメントに応じた信号を出力するように構成される。第2のジャイロセンサG2は、世界座標系(基準座標系)におけるXYステージX2の姿勢に応じた信号を出力するように構成される。
The
ロボットアーム2、冶具X1及び台車X3のうち少なくとも1つに、撮像装置が取り付けられ、当該撮像装置により撮像された画像がロボットアーム2から離れた場所に設置されている画像装置に表示される。操作者は、この画像を見ながら遠隔操作装置を操作することにより、XYステージX2、台車X3、ロボットアーム2、冶具X1等の動作を遠隔制御することができる。
An imaging device is attached to at least one of the
その際、台車X3を、冶具X1による操作対象に可能な位置まで近接させ、ロボットアーム2を伸ばした場合でも、冶具X1が操作対象に届かず、冶具X1により操作対象にアクセスできない場合には、XYステージX2を操作対象の方向へ移動させることより、冶具X1をさらに操作対象に近接させることができる。これにより、冶具X1による操作が可能な範囲を拡大することができる。
At that time, even when the carriage X 3 is brought close to a position where it can be operated by the jig X 1 and the
また、冶具X1による操作対象の操作に際し、高い操作精度が要求される場合がある。この場合、各関節機構J1、J2、I1、I2によりロボットアーム2を駆動させるのみでは、冶具X1を操作対象に対して精確に位置決めできなかったり、冶具X1の動作に連動してロボットアーム2を精確に駆動できなかったりして、操作対象の操作に支障を来たすおそれがある。
In addition, high operation accuracy may be required when operating the operation target with the jig X 1 . In this case, the jig X 1 cannot be accurately positioned with respect to the operation target only by driving the robot arm 2 by the joint mechanisms J 1 , J 2 , I 1 , and I 2 , or linked to the operation of the jig X 1. As a result, the
このような場合には、各関節機構J1、J2、I1、I2によるロボットアーム2の駆動と、XYステージX2によるロボットアーム2の移動とを併用しながら冶具X1による操作を行うことにより、操作対象に対する冶具X1の位置決めや冶具X1による操作を、高い精度で行うことができる。ロボットアーム2とXYステージX2とでは、精度の高い駆動の方向や動作内容等が異なるからである。これにより、高い操作精度が要求される操作対象に対しても、支障なく処理を行うことができる。
In such a case, the operation with the jig X 1 is performed while using both the driving of the
ロボットアーム2は、図2に示される制御装置3を備える。制御装置3は、プログラマブルコンピュータにより構成される。制御装置3には、遠隔操作装置からロボットアーム2の目標運動軌道が入力される。変数の「軌道」とは、当該変数の時間変化態様を表わす時系列的な変数値を意味する。
The
制御装置3には、そのほか、第1の6軸力センサF1、第2の6軸力センサF2、第1のジャイロセンサG1及び第2のジャイロセンサG2に加えて、各関節機構J1、J2、I1、I2の関節角度センサSiから出力される信号が入力される。 In addition to the first six-axis force sensor F 1 , the second six-axis force sensor F 2 , the first gyro sensor G 1, and the second gyro sensor G 2 , the control device 3 includes each joint mechanism. A signal output from the joint angle sensor S i of J 1 , J 2 , I 1 , I 2 is input.
制御装置3は、当該入力信号に基づき、ロボットアーム2の各関節機構J1、J2、I1、I2、XYステージX2、及び台車X3の動作制御指令信号を生成し、これらを作動させるアクチュエータAiに対して当該信号を出力するという制御処理を実行するように構成される。
Based on the input signal, the control device 3 generates operation control command signals for the joint mechanisms J 1 , J 2 , I 1 , I 2 , the XY stage X 2 , and the carriage X 3 of the
ここで、制御装置3が制御処理を実行するように構成されるとは、制御装置3を構成するCPU(中央演算処理)が、必要なソフトウェア及びデータをメモリ(記憶装置)から読み取り、当該ソフトウェアに従って当該演算処理を実行するようにプログラムされていることを意味する。 Here, the control device 3 is configured to execute the control process. The CPU (central processing unit) constituting the control device 3 reads necessary software and data from a memory (storage device), and the software It is programmed that the said arithmetic processing is performed according to.
また、制御装置3は、6軸力センサF2等の検出結果に基づき、ロボットアーム2の重心位置が所定の安定位置からずれている場合には、そのずれが補償されるようにXYステージX2を制御する。その際、XYステージX2に対する補償制御のみでは足りない場合に、第2関節機構J2及び台車X3についても追加的に補償制御が行われる。
Further, based on the detection result of the six-axis force sensor F 2 or the like, the control device 3 detects the XY stage X so that the deviation is compensated when the position of the center of gravity of the
図3に示されるように、制御装置3は、XYステージX2、第2関節機構J2、及び台車X3の補償制御を行うための構成として、ロボットアーム2の推定重心位置軌道gc_actを生成する推定重心位置軌道生成要素31と、第2関節機構J2及び台車X3それぞれの補償制御を行う場合を規定する補償制御規定要素32及び33と、補償制御規定要素32からの位置による補償量の軌道を第2関節機構J2の回転角度(ヨー軸回り及びピッチ軸回りの角度)による角度補償軌道θ_compに変換する角度変換要素34とを備える。
As shown in FIG. 3, the control device 3 generates an estimated center-of-gravity position trajectory gc_act of the
補償制御規定要素32は、リミッタ321と、リミッタ321の出力側に接続された一次遅れ要素322とを備える。補償制御規定要素33は、リミッタ331と、リミッタ331の出力側に接続された一次遅れ要素332とを備える。
The compensation
この構成において、制御装置3は、XYステージX2、第2関節機構J2、及び台車X3の制御に際し、制御装置3に対して入力されたロボットアーム2の目標運動軌道により、ロボットアーム2の目標重心位置の軌道である目標重心位置軌道gc_cmdと、XYステージX2の目標位置の軌道である目標ステージ位置軌道sp_cmdと、第2関節機構J2の目標回転角度の軌道である目標角度軌道θ_cmdと、台車X3の目標位置の軌道である台車目標位置軌道cp_cmdとを定める。
In this configuration, the control device 3 uses the target motion trajectory of the
目標重心位置軌道gc_cmdは、台車X3を基準とする所定の基準平面上の位置の軌道として表され、ロボット1の姿勢が最も安定するようなロボットアーム2の重心位置の軌道として設定される。この台車X3の基準平面は、台車X3が水平な床の上に位置するときに水平となるような平面である。この平面に沿って、XYステージX2が移動する。したがって、目標ステージ位置軌道sp_cmdは、台車X3の基準平面に沿った位置として表される。目標角度軌道θ_cmdは、台車X3又はXYステージX2を基準とする第2関節機構J2のピッチ及びヨー軸回りの角度として表される。
Target barycentric position trajectory gc_cmd is represented as a track position on a predetermined reference plane relative to the carriage X 3, is set as the trajectory of the center of gravity of the
推定重心位置軌道生成要素31により、第2の6軸力センサF2の検出出力軌道f_actに基づいてロボットアーム2の推定重心位置軌道gc_actを生成する。このとき、例えば、第2の6軸力センサF2として、XYステージX2を4点で支持する4つの6軸力センサを採用した場合には、各6軸力センサにより検出されるZ軸方向(XYステージX2の移動面に垂直な方向)の力に基づいてロボットアーム2の重心位置を算出することができる。
The estimated center-of-gravity position
この重心位置は、上述の台車X3の基準平面上の位置として算出される。その算出に際しては、第2のジャイロセンサG2に基づいて得られるXYステージX2(台車X3)の傾きが考慮される。 The centroid position is calculated as a position on the reference plane of the carriage X 3 above. In the calculation, the inclination of the XY stage X 2 (cart X 3 ) obtained based on the second gyro sensor G 2 is taken into consideration.
目標重心位置軌道gc_cmdと推定重心位置軌道gc_actとの偏差に基づき、関係式(1)に従って、ステージ位置補償軌道sp_compが生成される。ステージ位置補償軌道sp_compは、ロボットアーム2の重心位置の安定位置からのずれを、XYステージX2の制御により補償するための軌道である。「Kp」は比例ゲイン係数であり、「Kd」は微分ゲイン係数である。Kp及びKdのうち一方が0とされてもよい。
Based on the deviation between the target center-of-gravity position trajectory gc_cmd and the estimated center-of-gravity position trajectory gc_act, a stage position compensation trajectory sp_comp is generated according to the relational expression (1). Stage position compensation trajectory sp_comp is the deviation from a stable position of the center of gravity of the
sp_comp=(Kp+Kds)(gc_cmd-gc_act) ..(1)。 sp_comp = (Kp + Kds) (gc_cmd-gc_act) .. (1).
目標ステージ位置軌道sp_cmdが、ステージ位置補償軌道sp_compに基づき、関係式(2)に従って補正されることにより、補正目標ステージ位置軌道sp_cmd_mdfdが生成される。 The target stage position trajectory sp_cmd is corrected according to the relational expression (2) based on the stage position compensation trajectory sp_comp, thereby generating a corrected target stage position trajectory sp_cmd_mdfd.
sp_cmd_mdfd=sp_cmd+sp_comp ..(2)。 sp_cmd_mdfd = sp_cmd + sp_comp .. (2).
この補正目標ステージ位置軌道sp_cmd_mdfdに従ってXYステージX2が駆動されることにより、ロボットアーム2の重心位置が、台車X3上の安定位置である目標重心位置軌道gc_cmdからずれている場合には、そのずれ量分だけ、XYステージX2が、ずれ方向とは反対方向に移動される。これにより、ロボットアーム2の重心位置が常に台車X3上の安定位置に位置するように制御されるので、ロボット1の姿勢が安定する。
When the XY stage X 2 is driven according to the corrected target stage position trajectory sp_cmd_mdfd, the center of gravity position of the
XYステージX2の制御のみでは、ロボットアーム2の重心位置の安定位置からのずれが補償できない場合には、さらに、第2関節機構J2のピッチ軸回りの角度及びヨー軸回りの角度と、台車X3の位置が制御される。
Only control of the XY stage X 2, when the deviation from the stable position of the center of gravity of the
すなわち、目標重心位置軌道gc_cmdと推定重心位置軌道gc_actとの偏差がリミッタ321の上限値Lmaxを超え、又は下限値Lminを下回る場合には、それぞれ関係式(3a)又は(3b)に従い、一次遅れ要素322を経て、関節機構補償軌道j_compが生成される。当該偏差が上限値Lmax以下で下限値Lmin以上である場合には、関節機構補償軌道j_compの値は0(ゼロ)である。
That is, when the deviation between the target center-of-gravity position trajectory gc_cmd and the estimated center-of-gravity position trajectory gc_act exceeds the upper limit value Lmax of the
j_comp=(gc_cmd-gc_act-Lmax)K1/(T1s+1) ..(3a)。 j_comp = (gc_cmd-gc_act-Lmax) K1 / (T1s + 1) .. (3a).
j_comp=(gc_cmd-gc_act-Lmin)K1/(T1s+1) ..(3b)。 j_comp = (gc_cmd-gc_act-Lmin) K1 / (T1s + 1) .. (3b).
関節機構補償軌道j_compは、後述する台車X3の移動に応じた分だけ、その移動とは逆方向にロボットアーム2の重心位置が移動するように、第2関節機構J2の角度を補償するための軌道である。T1は時定数であり、K1はゲイン定数である。
The joint mechanism compensation trajectory j_comp compensates the angle of the second joint mechanism J 2 so that the position of the center of gravity of the
関節機構補償軌道j_compは、角度変換要素34を経て、第2関節機構J2のピッチ軸回りの角度及びヨー軸回りの角度で表した補償量の軌道である角度補償軌道θ_compに変換される。この変換は、通常の幾何学的計算によって行われる。角度補償軌道θ_compに基づき、目標角度軌道θ_cmdが関係式(4)に従って補正され、補正目標角度軌道θ_cmd_mdfdが生成される。
Joint mechanism compensating track j_comp passes through an
θ_cmd_mdfd=θ_cmd+θ_comp ..(4)。 θ_cmd_mdfd = θ_cmd + θ_comp .. (4).
一方、目標重心位置軌道gc_cmdと推定重心位置軌道gc_actとの偏差がリミッタ331の上限値Lmaxを超え、又は下限値Lminを下回る場合には、それぞれ関係式(5a)又は(5b)に従い、一次遅れ要素332を経て、台車位置補償軌道cp_compが生成される。当該偏差が上限値Lmax以下で下限値Lmin以上である場合には、台車位置補償軌道cp_compの値は0(ゼロ)である。
On the other hand, when the deviation between the target center-of-gravity position trajectory gc_cmd and the estimated center-of-gravity position trajectory gc_act exceeds the upper limit value Lmax of the
cp_comp=(gc_cmd-gc_act-Lmax)K2/(T2s+1)..(5a)。 cp_comp = (gc_cmd-gc_act-Lmax) K2 / (T2s + 1) .. (5a).
cp_comp=(gc_cmd-gc_act-Lmin)K2/(T2s+1)..(5b)。 cp_comp = (gc_cmd-gc_act-Lmin) K2 / (T2s + 1) .. (5b).
台車位置補償軌道cp_compは、ロボットアーム2の重心位置の安定位置からのずれを、台車X3の制御により、上述の第2関節機構J2の角度補償と協働して補償するための軌道である。T2は時定数であり、K2はゲイン定数である。上述の関係式(3a)及び(3b)における時定数T1と時定数T2との大小関係は、T1=T2、T1>T2又はT1<T2のいずれであってもよい。
The cart position compensation trajectory cp_comp is a trajectory for compensating the deviation of the center of gravity position of the
台車目標位置軌道cp_cmdが、台車位置補償軌道cp_compに基づき、関係式(6)に従って補正され、補正目標台車位置軌道cp_cmd_mdfdが生成される。 The cart target position trajectory cp_cmd is corrected according to the relational expression (6) based on the cart position compensation trajectory cp_comp to generate a corrected target cart position trajectory cp_cmd_mdfd.
cp_cmd_mdfd=cp_cmd-cp_comp ..(6)。 cp_cmd_mdfd = cp_cmd-cp_comp .. (6).
そして、補正目標台車位置軌道cp_cmd_mdfdにより台車X3のアクチュエータが駆動され、補正目標角度軌道θ_cmd_mdfdにより第2関節機構J2のアクチュエータが駆動される。 Then, the actuator of the carriage X 3 is driven by the corrected target carriage position trajectory cp_cmd_mdfd, and the actuator of the second joint mechanism J 2 is driven by the corrected target angular path θ_cmd_mdfd.
これにより、台車X3は、ロボットアーム2の重心位置の安定位置(目標重心位置gc_cmd)からのずれ量に応じた量だけ、そのずれの方向へ移動するように(台車X3が移動中の場合にはそのずれの方向への移動量が増加するように)補償制御される。また、第2関節機構J2は、そのずれ方向とは反対方向にロボットアーム2の重心位置が移動するように、ピッチ軸回りの角度及びヨー軸回りの角度が制御される。これにより、ロボットアーム2の重心位置の安定位置からのずれが、より確実に補償される。
Thus, the carriage X 3 moves in the direction of the deviation by an amount corresponding to the deviation amount from the stable position of the center of gravity position of the robot arm 2 (target gravity center position gc_cmd) (the carriage X 3 is moving). In some cases, compensation control is performed so that the amount of movement in the direction of the deviation increases. In addition, the second joint mechanism J 2 is controlled to have an angle around the pitch axis and an angle around the yaw axis so that the position of the center of gravity of the
なお、この重心位置の制御のほか、制御装置3は、6軸力センサF1、F2、ジャイロセンサG1、G2、及び各関節機構J1、J2、I1、I2の関節角度センサSiからの出力に基づき、各関節機構J1、J2、I1、I2の各アクチュエータAiを制御することにより、たわみ補償や、コンプライアンス補償を行うことができる。 In addition to the control of the center of gravity, the control device 3 includes six-axis force sensors F 1 and F 2 , gyro sensors G 1 and G 2 , and joints of the joint mechanisms J 1 , J 2 , I 1 , and I 2 . By controlling the actuators A i of the joint mechanisms J 1 , J 2 , I 1 , and I 2 based on the output from the angle sensor S i , deflection compensation and compliance compensation can be performed.
以上のように、本実施形態によれば、台車X3とロボットアーム2との間にXYステージX2を設けたので、冶具X1による操作可能な範囲を拡大することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the XY stage X 2 is provided between the carriage X 3 and the
また、ロボットアーム2の駆動と、XYステージX2によるロボットアーム2の移動とを併用しながら冶具X1による操作を行うことにより、操作対象に対する冶具X1の位置決めや操作を高い精度で行うことができる。したがって、冶具X1による高い操作精度が要求される操作対象についても、支障なく処理を行うことができる。
In addition, the jig X 1 can be positioned and operated with high accuracy by performing the operation with the jig X 1 while using both the driving of the
また、ロボットアーム2の重心位置が、台車X3上の所定の安定位置(目標重心位置gc_cmd)からずれた場合には、そのずれ量分だけ、XYステージX2を、ずれ方向とは反対方向に移動させるようにしたので、ロボットアーム2の重心位置を、常に安定位置に位置するように制御することができる。
Further, when the center of gravity of the
これにより、ロボット1が台車X3により走行しているときや、ロボット1が操作対象を操作しているときに、ロボット1の安定性を確保するとともに、ロボット1の転倒を防止することができる。
Thereby, when the
また、XYステージX2の移動のみでは、ロボットアーム2の重心位置の安定位置からのずれが解消されない場合には、さらに、ロボットアーム2の重心位置が安定位置に位置するように、第2関節機構J2の回転角度と台車X3の位置を制御するようにしたので、ロボットアーム2の重心位置を確実に安定位置に位置させることができる。
Moreover, the only movement of the XY stage X 2, if the deviation from the stable position of the center of gravity of the
なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上述においては、ロボット1が移動するための移動体として台車X3を用いているが、台車X3の代わりに、他の移動体、例えばレール上を走行する走行手段等を用いてもよい。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in the above description, the carriage X 3 is used as a moving body for the
また、上述においては、エンドエフェクタとして冶具X1を用いているが、この代わりに、計測器等のような受動的な機能を有するものを用いるようにしてもよい。 In the above, although using a jig X 1 as an end effector, alternatively, it may be used those having a passive functions such as measuring instruments.
また、上述においては、変位機構としてXYステージX2を用いているが、この代わりに、リニアステージや2次元直動ステージ等の他の変位機構を用いるようにしてもよい。 In the above, although using the XY stage X 2 as a displacement mechanism, instead of this, it is also possible to use other displacement mechanism such as a linear stage or a two-dimensional linear stage.
また、上述においては力検出器として第2の6軸力センサF2を用いているが、この代わりに、3分力検出器等の他の力センサを用いるようにしてもよい。 In the above description, the second six-axis force sensor F 2 is used as the force detector, but another force sensor such as a three-component force detector may be used instead.
また、上述においては、XYステージX2の制御のみではロボットアーム2の重心位置を安定位置に位置するように制御できない場合には、さらに第2の関節機構J2及び台車X3の双方の動作を追加的に制御するようにしているが、これら双方を追加的に制御する代わりに、第2の関節機構J2の動作のみを追加的に制御するようにしてもよい。
In the above, if only the control of the XY stage X 2 can not be controlled so as to position the center of gravity of the
1…ロボット、2…ロボットアーム、3…制御装置、J1…第1関節機構、J2…第2関節機構、F1…6軸力センサ、F2…6軸力センサ(力検出器)、G1…第1のジャイロセンサ、G2…ジャイロセンサ、X0…弾性要素、X1…冶具、X2…XYステージ(変位機構)、X3…台車(移動体)。 1 ... robot, 2 ... robot arm, 3 ... controller, J 1 ... first joint mechanism, J 2 ... second joint mechanism, F 1 ... 6 axis force sensor, F 2 ... 6-axis force sensor (force detector) , G 1 ... first gyro sensor, G 2 ... gyro sensor, X 0 ... elastic element, X 1 ... jig, X 2 ... XY stage (displacement mechanism), X 3 ... cart (moving body).
Claims (2)
前記移動体上で、前記ロボットアームの基端部が連結されたステージを変位させる変位機構と、
前記ステージと前記ロボットアームの基端部との間に作用する力を検出する力検出器と、
前記変位機構を制御することにより前記ロボットアームの重心位置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記変位機構の制御に際し、
入力された前記ロボットアームの目標運動軌道に基づき、該ロボットアームの目標重心位置軌道と、前記ステージの目標ステージ位置軌道とを定め、
前記力検出器の検出出力軌道に基づいて前記ロボットアームの推定重心位置軌道を生成し、
前記目標重心位置軌道と前記推定重心位置軌道との差分に比例ゲイン係数、微分ゲイン係数又はこれらの和を乗じて得られるステージ位置補償軌道を前記目標ステージ位置軌道に加算して補正目標ステージ位置軌道を生成し、これに従って前記ステージを駆動することを特徴とするロボット。 A robot having a robot arm having a joint mechanism and a link member connected via the joint mechanism, and moving by a moving body,
On the movable body, and a displacement mechanism for displacing the stage base end of the robot arm is coupled,
A force detector for detecting a force acting between the stage and the base end of the robot arm;
Control means for controlling the position of the center of gravity of the robot arm by controlling the displacement mechanism;
The control means, when controlling the displacement mechanism,
Based on the input target motion trajectory of the robot arm, a target center-of-gravity position trajectory of the robot arm and a target stage position trajectory of the stage are determined,
Generating an estimated center of gravity position trajectory of the robot arm based on the detection output trajectory of the force detector;
A corrected target stage position trajectory is obtained by adding a stage position compensation trajectory obtained by multiplying the difference between the target gravity center position trajectory and the estimated gravity center position trajectory by a proportional gain coefficient, a differential gain coefficient, or a sum thereof to the target stage position trajectory. Is generated, and the stage is driven in accordance therewith.
前記変位機構の制御により、前記ロボットアームの重心位置を、所定の安定位置に位置するように制御するものであり、
前記変位機構の制御のみでは前記ロボットアームの重心位置を前記安定位置に位置するように制御できない場合には、さらに前記ロボットアームの最も基端側の前記関節機構を制御し、又は該関節機構及び前記移動体の双方を制御することにより、前記ロボットの重心位置を、前記安定位置に位置するように制御することを特徴とする請求項1に記載のロボット。 The control means includes
By controlling the displacement mechanism, the position of the center of gravity of the robot arm is controlled to be positioned at a predetermined stable position,
If it is impossible to control the position of the center of gravity of the robot arm at the stable position only by controlling the displacement mechanism, the joint mechanism on the most proximal side of the robot arm is further controlled, or the joint mechanism and The robot according to claim 1 , wherein the center of gravity of the robot is controlled to be positioned at the stable position by controlling both of the moving bodies.
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JP4129452B2 (en) * | 2004-11-30 | 2008-08-06 | 株式会社東芝 | Mobile robot |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11712804B2 (en) | 2021-03-29 | 2023-08-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Systems and methods for adaptive robotic motion control |
US11724390B2 (en) | 2021-03-29 | 2023-08-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Systems and methods for automated preloading of actuators |
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