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JP2012051043A - Robot system or robot control device - Google Patents

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Publication number
JP2012051043A
JP2012051043A JP2010193718A JP2010193718A JP2012051043A JP 2012051043 A JP2012051043 A JP 2012051043A JP 2010193718 A JP2010193718 A JP 2010193718A JP 2010193718 A JP2010193718 A JP 2010193718A JP 2012051043 A JP2012051043 A JP 2012051043A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
redundant
manipulator
target position
unit
definition table
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
JP2010193718A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Hashiguchi
幸男 橋口
Shinji Murai
真二 村井
Takuya Fukuda
拓也 福田
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.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric 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 Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2010193718A priority Critical patent/JP2012051043A/en
Priority to US13/221,868 priority patent/US8650965B2/en
Priority to EP11179266.9A priority patent/EP2422935B1/en
Priority to EP12197255A priority patent/EP2572838A1/en
Priority to EP12197253.3A priority patent/EP2572837B1/en
Priority to CN201110255607.0A priority patent/CN102431033B/en
Priority to CN201510023245.0A priority patent/CN104690711A/en
Publication of JP2012051043A publication Critical patent/JP2012051043A/en
Priority to US14/149,810 priority patent/US9346162B2/en
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Abstract

【課題】冗長な自由度を有するマニピュレータをより最適に制御することができるようにしたロボットシステム及びロボット制御装置を提供する。
【解決手段】1以上のアクチュエータを有するマニピュレータ2とこれを制御するコントローラ3とを有し、コントローラ3は、アクチュエータの内の一部を冗長軸と設定し、マニピュレータの目標位置姿勢を設定し、マニピュレータが現在の姿勢から目標位置姿勢に達するまでの動作軌跡を生成し、マニピュレータの到達可能範囲内の領域を分割して設定した小領域と各小領域に対応する冗長軸角度用パラメータとを対応付けた冗長角度定義テーブル7を有し、冗長角度定義テーブル中の該当する小領域を選択し、選択結果に基づいて冗長軸角度を設定し、動作軌跡と冗長軸角度とに基づいて動作指令を生成する。
【選択図】図1
Provided are a robot system and a robot control apparatus capable of more optimally controlling a manipulator having redundant degrees of freedom.
A manipulator (2) having one or more actuators and a controller (3) for controlling the manipulator (2), the controller (3) sets a part of the actuator as a redundant axis, sets a target position / posture of the manipulator, Generates a motion trajectory from when the manipulator reaches the target position / posture, and associates the sub-regions within the reachable range of the manipulator with the redundant axis angle parameters corresponding to each sub-region. The redundant angle definition table 7 is attached, the corresponding small area in the redundant angle definition table is selected, the redundant axis angle is set based on the selection result, and the operation command is issued based on the operation locus and the redundant axis angle. Generate.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マニピュレータを用いたロボットシステム及びロボット制御装置に関する。   The present invention relates to a robot system and a robot control apparatus using a manipulator.

多関節ロボットでは、求められる位置姿勢の自由度よりも多くの自由度(冗長自由度)を有するロボットを制御することが求められる場合がある。
即ち、ロボットが冗長自由度を有することで、対象物に対して求められた位置姿勢を取った際であってもマニピュレータの姿勢を種々変更することができるため、冗長自由度を適切に制御することで比較的狭隘な場所であっても作業時にマニピュレータ自身や周辺の物体との干渉を回避しながら作業を行えるという利点がある。
特許文献1には、冗長自由度を有するマニピュレータを制御するための一手法が開示されている。
An articulated robot may be required to control a robot having more degrees of freedom (redundancy degrees of freedom) than the required position and orientation degrees of freedom.
In other words, since the robot has redundant degrees of freedom, the posture of the manipulator can be changed in various ways even when the position and orientation obtained with respect to the object is taken, so that the redundant degrees of freedom are appropriately controlled. Thus, there is an advantage that even in a relatively narrow place, the work can be performed while avoiding interference with the manipulator itself and surrounding objects during the work.
Patent Document 1 discloses a technique for controlling a manipulator having redundant degrees of freedom.

特開2007−203380号公報JP 2007-203380 A

ところで、多くのマニピュレータは予め教示された動作経路に沿って動作するが、適用用途によっては、作業対象物が動いている等、位置が不確かな作業対象物に対して作業を行なう場合もある。このような場合には作業対象物の位置を検知するセンサ等の情報に基づいてマニピュレータの目標位置姿勢を修正する。これにより、マニピュレータを作業対象物に追従させながら作業を行なうことができる。

しかしながら、マニピュレータが冗長自由度を有する場合、特許文献1のように、予め冗長自由度を含む各駆動軸全ての動作量を教示により決定しておく手法では、上述のように作業対象物の位置が移動する場合、冗長自由度の位置が必ずしも適切な位置とならず、作業対象物やマニピュレータ自身と干渉(接触)等が生じることが考えられる。
また、教示された動作経路に対して、作業対象物に追従して動作経路が修正されることにより、意図せずにマニピュレータが特異点姿勢となりマニピュレータの制御上、支障が生じることも考えられる。
このような不都合はセンサ等に基づいて目標位置姿勢を修正する場合に限らず、マニピュレータの動作範囲に存在する障害物が移動する場合やマニピュレータと周囲物との意図しない接触が生じた場合にマニピュレータの動作軌道を修正する場合等にも同様の不都合が生じうる。
By the way, many manipulators operate along an operation path taught in advance. However, depending on the application, there are cases where work is performed on a work object whose position is uncertain, such as the work object moving. In such a case, the target position and orientation of the manipulator are corrected based on information such as a sensor that detects the position of the work object. Thereby, the work can be performed while the manipulator follows the work object.

However, when the manipulator has redundant degrees of freedom, as in Patent Document 1, in the method in which the operation amounts of all the drive shafts including the redundant degrees of freedom are determined by teaching in advance, the position of the work object as described above is used. When the robot moves, the position of the redundancy degree of freedom is not necessarily an appropriate position, and interference (contact) or the like may occur with the work object or the manipulator itself.
Moreover, it is conceivable that the manipulator is unintentionally changed to a singular point posture and the manipulator is in a troubled state by correcting the motion path following the work target with respect to the taught motion path.
Such inconvenience is not limited to correcting the target position and orientation based on a sensor or the like, but when an obstacle existing in the operating range of the manipulator moves or when an unintended contact between the manipulator and surrounding objects occurs. The same inconvenience may occur when correcting the motion trajectory of the above.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、冗長自由度を有するマニピュレータをより最適に制御することができるようにしたロボットシステム及びロボット制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a robot system and a robot control apparatus that can more optimally control a manipulator having a redundancy degree of freedom.

上記課題を解決するため、本発明のロボットシステムは、1以上のアクチュエータを有するマニピュレータと、アクチュエータそれぞれの動作を制御するコントローラと、を有し、コントローラは、アクチュエータの内の一部を冗長軸と設定する冗長軸設定部と、マニピュレータの目標位置姿勢を設定する目標位置姿勢生成部と、目標位置姿勢に基づいてマニピュレータが現在の姿勢から目標位置姿勢に達するまでの動作軌跡を生成するシミュレーション部と、マニピュレータの到達可能範囲内の領域を分割して設定した小領域と各小領域に対応する冗長軸角度用パラメータとを対応付けた冗長角度定義テーブルと、目標位置姿勢生成部の出力結果に基づいて冗長角度定義テーブル中の該当する小領域を選択する領域判定手段と、領域判定手段の選択結果と冗長角度定義テーブルとに基づいて、冗長軸角度を設定する冗長軸角度設定部と動作軌跡と冗長軸角度とに基づいて、アクチュエータのそれぞれに対して動作指令を生成する補間演算部と、を有していることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a robot system of the present invention includes a manipulator having one or more actuators and a controller for controlling the operation of each actuator, and the controller uses a part of the actuator as a redundant axis. A redundant axis setting unit to be set, a target position / posture generation unit for setting a target position / posture of the manipulator, and a simulation unit for generating an operation trajectory until the manipulator reaches the target position / posture from the current posture based on the target position / posture; , Based on the output result of the target position and orientation generation unit, and the redundant angle definition table that associates the small region set by dividing the region within the reachable range of the manipulator with the redundant axis angle parameter corresponding to each small region Region determining means for selecting a corresponding small region in the redundant angle definition table, and region determining means The redundant axis angle setting unit for setting the redundant axis angle based on the selection result and the redundant angle definition table, and the interpolation calculation unit for generating an operation command for each of the actuators based on the operation locus and the redundant axis angle It is characterized by having.

また、作業対象物の位置を検知する物体検出センサを有し、目標位置姿勢生成部は、物体検出センサの検知結果に基づいて目標位置姿勢を修正することが好ましい。   Moreover, it is preferable to have an object detection sensor that detects the position of the work target, and the target position and orientation generation unit corrects the target position and orientation based on the detection result of the object detection sensor.

また、マニピュレータにかかる外力を検出する外力センサと、を有し、コントローラは、アクチュエータの動作を制御するとともに、センサ部の検出結果に基づいてアクチュエータが外力に対して回避する方向に回避動作を行なわせる回避動作実行部を有していることが好ましい。
また、コントローラは、冗長角度定義テーブルを表示するとともに、冗長角度定義テーブルの内容の修正等を受け付けるテーブル表示・入力部を有していることが好ましい。
また、マニピュレータは、基台と、基台に対して第1構造材を動作させる第1関節と、第1構造材に対して第2構造材を動作させる第2関節と、第2構造材に対して第3構造材を動作させる第3関節と、第3構造材に対して第4構造材を動作させる第4関節と、第4構造材に対して第5構造材を動作させる第5関節と、第5構造材に対して第6構造材を動作させる第6関節と、第6構造材に対してフランジを旋回させる第7関節と、を有していることが好ましい。
An external force sensor that detects an external force applied to the manipulator, and the controller controls the operation of the actuator and performs an avoidance operation in a direction in which the actuator avoids the external force based on the detection result of the sensor unit. It is preferable to have an avoidance operation execution unit.
The controller preferably includes a table display / input unit that displays a redundant angle definition table and receives correction of the contents of the redundant angle definition table.
The manipulator includes a base, a first joint that operates the first structural member relative to the base, a second joint that operates the second structural member relative to the first structural member, and a second structural member. On the other hand, a third joint that operates the third structural member, a fourth joint that operates the fourth structural member relative to the third structural member, and a fifth joint that operates the fifth structural member relative to the fourth structural member. And a sixth joint that operates the sixth structural member relative to the fifth structural member, and a seventh joint that rotates the flange relative to the sixth structural member.

また、冗長角度定義テーブルに規定される小領域はそれぞれその形状を直方体とすることが好ましい。
また、冗長角度定義テーブルに規定される小領域は、作業対象物の位置のバラつきを考慮して予め設定されることが好ましい。
Moreover, it is preferable that each of the small areas defined in the redundant angle definition table has a rectangular parallelepiped shape.
Moreover, it is preferable that the small area defined in the redundant angle definition table is set in advance in consideration of the variation in the position of the work object.

領域判定手段は、目標位置姿勢生成部の出力結果から冗長角度定義テーブル中の該当する小領域が存在しないと判定した場合には異常信号を物体検出センサに出力することが好ましい。
また、本発明のロボット制御装置は、1以上のアクチュエータを有するマニピュレータの動作を制御するロボット制御装置であって、アクチュエータの内の一部を冗長軸と設定する冗長軸設定部と、マニピュレータの目標位置姿勢を設定する目標位置姿勢生成部と、目標位置姿勢に基づいてマニピュレータが現在の姿勢から目標位置姿勢に達するまでの動作軌跡を生成するシミュレーション部と、マニピュレータの到達可能範囲内の領域を分割して設定した小領域と各小領域に対応する冗長軸角度用パラメータとを対応付けた冗長角度定義テーブルと、目標位置姿勢生成部の出力結果に基づいて冗長角度定義テーブル中の該当する小領域を選択する領域判定手段と、領域判定手段の選択結果と冗長角度定義テーブルとに基づいて、冗長軸角度を設定する冗長軸角度設定部と動作軌跡と冗長軸角度とに基づいて、アクチュエータのそれぞれに対して動作指令を生成する補間演算部と、を有していることを特徴としている。
Preferably, the region determination means outputs an abnormal signal to the object detection sensor when it is determined from the output result of the target position and orientation generation unit that the corresponding small region does not exist in the redundant angle definition table.
The robot control apparatus of the present invention is a robot control apparatus that controls the operation of a manipulator having one or more actuators, and includes a redundant axis setting unit that sets a part of the actuators as redundant axes, and a target of the manipulator A target position and orientation generation unit that sets the position and orientation, a simulation unit that generates an operation trajectory until the manipulator reaches the target position and orientation based on the target position and orientation, and an area within the reachable range of the manipulator And a redundant angle definition table that associates the small area set with the parameters for the redundant axis angle corresponding to each small area, and the corresponding small area in the redundant angle definition table based on the output result of the target position and orientation generation unit The redundant axis angle based on the area determination means for selecting, the selection result of the area determination means and the redundant angle definition table Based on the redundant axis angle setting unit for setting the operation path and a redundant axis angle, it is characterized by having a interpolation calculation unit for generating an operation command for each actuator.

本発明によれば、目標となる位置姿勢が変更される場合でもより少ない演算量でマニピュレータの冗長軸を適切に設定することができ、冗長な自由度を有するマニピュレータをより最適に制御することができる。   According to the present invention, even when the target position and orientation is changed, the redundant axis of the manipulator can be appropriately set with a smaller amount of calculation, and the manipulator having redundant degrees of freedom can be more optimally controlled. it can.

本発明の実施形態に係るロボットシステムの全体構成を説明するための模式的な構成図Schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of a robot system according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態にかかるロボットの構成を示す側面図である。It is a side view showing the composition of the robot concerning the embodiment of the present invention. センサ部の構成を示す模式的な構造図Schematic structure diagram showing the configuration of the sensor unit 冗長角度定義テーブルに規定される3次元空間の領域を説明するための模式図Schematic diagram for explaining the region of the three-dimensional space defined in the redundant angle definition table エンドエフェクタとターゲット部(作業対象物)座標関係を模式的に示す図The figure which shows typically an end effector and a target part (work object) coordinate relationship 冗長角度定義テーブルの一例を示す図The figure which shows an example of a redundant angle definition table

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施形態では、マニピュレータ2を用いて家畜に対して検査、消毒、搾乳などの作業を行なうロボットシステムを例に本発明の一実施形態について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, an embodiment of the present invention will be described using a robot system that performs operations such as inspection, disinfection, and milking of livestock using the manipulator 2 as an example.

図1に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム100は、家畜1が収納されたフロアF,マニピュレータ2,コントローラ3,センサ部4からなっている。
マニピュレータ2は、図2に示すように、設置面(壁面や床等)101に固定された基台40と、基台40からマニピュレータ2の先端にかけて順々に第1構造材41,第2構造材42,第3構造材43,第4構造材44,第5構造材45,第6構造材46,フランジ47がそれぞれ回転駆動するアクチュエータ(回転関節)を介して連結されている。
As shown in FIG. 1, the robot system 100 according to the present embodiment includes a floor F in which livestock 1 is stored, a manipulator 2, a controller 3, and a sensor unit 4.
As shown in FIG. 2, the manipulator 2 includes a base 40 fixed to an installation surface (wall surface, floor, etc.) 101, and a first structural member 41 and a second structure in order from the base 40 to the tip of the manipulator 2. The material 42, the third structure material 43, the fourth structure material 44, the fifth structure material 45, the sixth structure material 46, and the flange 47 are connected via an actuator (rotary joint) that is driven to rotate.

基台40と第1構造材41とは、第1アクチュエータ(第1関節)41Aを介して連結されており、第1アクチュエータ41Aの駆動により、第1構造材41が回転するようになっている。第1構造材41と第4構造材42とは、第2アクチュエータ(第2関節)42Aを介して連結されており、第2アクチュエータ42Aの駆動により、第2構造材42が旋回するようになっている。   The base 40 and the first structural member 41 are connected via a first actuator (first joint) 41A, and the first structural member 41 is rotated by driving the first actuator 41A. . The first structural member 41 and the fourth structural member 42 are connected via a second actuator (second joint) 42A, and the second structural member 42 turns by driving the second actuator 42A. ing.

第2構造材42と第3構造材43とは、第3アクチュエータ(第3関節)43Aを介して連結されており、第3アクチュエータ43Aの駆動により、第3構造材43が回転するようになっている。
第3構造材43と第4構造材44とは、第4アクチュエータ(第4関節)44Aを介して連結されており、第4アクチュエータ44Aの駆動により、第4構造材44が旋回するようになっている。
The second structural member 42 and the third structural member 43 are connected via a third actuator (third joint) 43A, and the third structural member 43 is rotated by driving the third actuator 43A. ing.
The third structural member 43 and the fourth structural member 44 are connected via a fourth actuator (fourth joint) 44A, and the fourth structural member 44 turns by driving the fourth actuator 44A. ing.

第4構造材44と第5構造材45とは、第5アクチュエータ(第5関節)45Aを介して連結されており、第5アクチュエータ45Aの駆動により、第5構造材45が回転するようになっている。第5構造材45と第6構造材46とは、第6アクチュエータ(第6関節)46Aを介して連結されており、第6アクチュエータ46Aの駆動により、第6構造材46が旋回するようになっている。
第6構造材46とフランジ47とは、第7アクチュエータ(第7関節)47Aを介して連結されており、第7アクチュエータ47Aの駆動により、フランジ47及びフランジ47に取り付けられるハンド等のエンドエフェクタ2Aが回転するようになっている。
The fourth structural member 44 and the fifth structural member 45 are connected via a fifth actuator (fifth joint) 45A, and the fifth structural member 45 is rotated by driving the fifth actuator 45A. ing. The fifth structural member 45 and the sixth structural member 46 are connected via a sixth actuator (sixth joint) 46A, and the sixth structural member 46 turns by driving the sixth actuator 46A. ing.
The sixth structural member 46 and the flange 47 are connected via a seventh actuator (seventh joint) 47A, and the end effector 2A such as a hand attached to the flange 47 and the flange 47 by driving the seventh actuator 47A. Is designed to rotate.

なお、本実施形態では、第3アクチュエータ(第3関節)43Aが冗長軸として予め設定されており(冗長軸設定部)、後述するコントローラ3の機能により第3アクチュエータ43Aの回転位置が最適に制御されることとなる。また、アクチュエータ43Aを冗長軸、各アクチュエータ41A,42Aをそれぞれ第1軸,第2軸とし、各アクチュエータ44A〜47Aをそれぞれ第3軸〜第6軸という。第1軸〜第6軸を特定しない場合は単に軸ともいう。   In the present embodiment, the third actuator (third joint) 43A is preset as a redundant axis (redundant axis setting unit), and the rotational position of the third actuator 43A is optimally controlled by the function of the controller 3 described later. Will be. In addition, the actuator 43A is referred to as a redundant axis, the actuators 41A and 42A are referred to as a first axis and a second axis, respectively, and the actuators 44A to 47A are referred to as a third axis to a sixth axis, respectively. When the first to sixth axes are not specified, they are simply referred to as axes.

エンドエフェクタ2Aには、検査器,搾乳器,消毒器等の種々のツール(図示は省略)が取り付けられ、家畜1のターゲット部1Aに対して、検査、消毒、搾乳などの作業を行なうようになっている。なお、マニピュレータ2の動作位置を制御する位置である制御点は本実施形態のマニピュレータ2の場合、制御点は各アクチュエータ44A〜47Aの駆動により直線移動させることが可能な点としており、第6アクチュエータ46Aの軸心付近に位置している。
そして、制御点とフランジ47Aとエンドエフェクタ2A及び各ツールとの位置関係は予めコントローラ3に入力されており、制御点の位置姿勢を制御することで各ツールの位置を制御できるようになっている。
また、エンドエフェクタ(換言するとマニピュレータ2の先端部分)2Aには、物体検知センサ(本実施形態では、カメラであるがその他の種々のセンサを適用可能である)2Bが取り付けられている。
Various tools (not shown) such as an inspection device, a milking device, and a disinfection device are attached to the end effector 2A, and operations such as inspection, disinfection, and milking are performed on the target portion 1A of the livestock 1. It has become. In the case of the manipulator 2 of the present embodiment, the control point that is the position for controlling the operating position of the manipulator 2 is a point that can be linearly moved by driving the actuators 44A to 47A. It is located near the axis of 46A.
The positional relationship among the control point, the flange 47A, the end effector 2A, and each tool is input to the controller 3 in advance, and the position of each tool can be controlled by controlling the position and orientation of the control point. .
In addition, an object detection sensor (in this embodiment, a camera but other various sensors can be applied) 2B is attached to the end effector (in other words, the tip portion of the manipulator 2) 2A.

物体検知センサ2Bは、四方が仕切られたフロアF内で不規則に動く家畜1のターゲット部1Aを含む十分な広さの検知領域に対して配向されている。
物体検知センサ2Bにより取得した画像はコントローラ3の目標認識部2Cに入力され、画像認識部2Cでは家畜1のターゲット部1Aの位置を検出し、検出結果を後述する動作指令部5に目標位置としてリアルタイムに入力するようになっている。
なお、本実施形態では、説明を容易とするため、コントローラ3は一体の制御装置として示しているが実際にはコントローラ3は複数のコンピュータ等で構成し、目標認識部2Cや外力検出部(後述)については、マニピュレータ2の動作を制御するロボットコントローラとは別体の制御装置により構成する等してもよい。
The object detection sensor 2B is oriented with respect to a sufficiently wide detection region including the target portion 1A of the livestock 1 that moves irregularly within the floor F partitioned on all sides.
The image acquired by the object detection sensor 2B is input to the target recognition unit 2C of the controller 3, and the image recognition unit 2C detects the position of the target unit 1A of the livestock 1 and uses the detection result as a target position for the operation command unit 5 described later. It is designed to input in real time.
In the present embodiment, for ease of explanation, the controller 3 is shown as an integrated control device. However, the controller 3 is actually composed of a plurality of computers and the like, and a target recognition unit 2C and an external force detection unit (described later). ) May be configured by a control device that is separate from the robot controller that controls the operation of the manipulator 2.

また、第1〜第7アクチュエータ41A〜47Aは、それぞれ、ケーブル(図示省略)を挿通可能な中空部を有する減速機一体型のサーボモータによって構成されており、各アクチュエータの回転位置は、アクチュエータに内蔵のエンコーダからの信号としてコントローラ3にケーブルを介して入力されるようになっている。   Each of the first to seventh actuators 41A to 47A is constituted by a speed reducer-integrated servo motor having a hollow portion through which a cable (not shown) can be inserted, and the rotational position of each actuator depends on the actuator. A signal from a built-in encoder is input to the controller 3 via a cable.

センサ部4は図3に示すように、センサ固定治具25と4個のセンサS1〜S4により構成されており、円盤状のセンサ固定治具25はマニピュレータ2の第1アクチュエータ41Aの固定子の基部に取り付けられている。   As shown in FIG. 3, the sensor unit 4 includes a sensor fixing jig 25 and four sensors S <b> 1 to S <b> 4, and the disk-shaped sensor fixing jig 25 is a stator of the first actuator 41 </ b> A of the manipulator 2. Attached to the base.

各センサS1〜S4は、円盤状のセンサ固定治具25に埋設されており、各センサS1〜S4は同一円弧(仮想円)に沿って等間隔に配置されている。そして、各センサS1〜S4には圧電体として水晶が用いられており、各センサS1〜S4はそれぞれセンサ固定治具15のラジアル方向の歪量を電圧として検出し、得られた電圧はアンプ部(図示省略)を介して増幅され、コントローラ3に入力されるようになっている。
各センサS1〜S4に水晶振動子(水晶圧電素子)を用いることで歪みゲージや他の圧電素子を用いた場合よりも応答時間が小さく後述するサーボ部14の演算周期と比較して良好な応答性を得ることができ、マニピュレータ周辺の対象物の接触等による衝撃を十分に緩和することができる。
Each sensor S1-S4 is embedded in the disk-shaped sensor fixing jig 25, and each sensor S1-S4 is arrange | positioned at equal intervals along the same circular arc (virtual circle). Each of the sensors S1 to S4 uses a crystal as a piezoelectric body, and each of the sensors S1 to S4 detects the amount of strain in the radial direction of the sensor fixing jig 15 as a voltage, and the obtained voltage is an amplifier unit. It is amplified via (not shown) and input to the controller 3.
By using a crystal resonator (quartz piezoelectric element) for each of the sensors S1 to S4, the response time is smaller than when a strain gauge or other piezoelectric element is used, and a satisfactory response compared to the calculation cycle of the servo unit 14 described later. Therefore, it is possible to sufficiently mitigate an impact caused by contact with an object around the manipulator.

なお、本実施形態では上述のように応答時間の早さ等の理由から水晶振動子を用いているが、良好な応答性が得られるものであれば各センサS1〜S4にどのような形式のものでも適用可能である。また、水晶圧電センサは、歪みゲージや通常の衝突センサと比較して耐久性に優れ、マニピュレータ2の自重による負荷が最も大きい基端部にセンサ部4設けた場合でも十分に高精度な検出ができるという利点もある。
マニピュレータ2の各アクチュエータ41A〜47Aを含む各駆動部位の動作はコントローラ3で制御される。
In the present embodiment, as described above, a crystal resonator is used for reasons such as fast response time. However, any type of sensor S1 to S4 can be used as long as good response can be obtained. Can be applied. In addition, the quartz piezoelectric sensor is superior in durability compared to a strain gauge and a normal collision sensor, and can detect sufficiently sufficiently even when the sensor unit 4 is provided at the base end where the load due to the weight of the manipulator 2 is the largest. There is also an advantage of being able to.
The operation of each drive part including each actuator 41 </ b> A to 47 </ b> A of the manipulator 2 is controlled by the controller 3.

コントローラ3は、記憶装置,電子演算器,入力装置及び表示装置(いずれも詳細には図示省略)を有するコンピュータにより構成されており、マニピュレータ2の各駆動部位と相互通信可能に接続されている。
図1に示すように、コントローラ3は機能構成としてシミュレーション部5,冗長角度定義テーブル生成部6,冗長角度定義テーブル7,テーブル表示・入力部8,目標位置姿勢生成部10,領域判定部11,冗長軸角度設定部12,補間演算部13,サーボ制御部14,アンプ部15,外力検出部(回避動作実行部)16から構成されている。
The controller 3 is composed of a computer having a storage device, an electronic calculator, an input device, and a display device (all of which are not shown in detail), and is connected to each drive part of the manipulator 2 so as to be able to communicate with each other.
As shown in FIG. 1, the controller 3 includes a simulation unit 5, a redundant angle definition table generation unit 6, a redundant angle definition table 7, a table display / input unit 8, a target position and orientation generation unit 10, an area determination unit 11, The redundant axis angle setting unit 12, the interpolation calculation unit 13, the servo control unit 14, the amplifier unit 15, and the external force detection unit (avoidance operation execution unit) 16 are included.

シミュレーション部5は、予め入力されたマニピュレータ2の動作可能領域内の障害物の位置等の情報と目標位置姿勢生成部10からの制御点の目標位置姿勢と各アクチュエータ41A〜47Aのエンコーダの検出信号から得られる現在のマニピュレータ2の位置姿勢とに基づいて、現在の位置姿勢から目標位置姿勢に至る動作軌跡を生成するように構成されている。なお、この動作軌跡の生成アルゴリズムは、種々のアルゴリズムを適用することができる。
また、シミュレーション部5による動作軌跡の生成は、マニピュレータ2の教示運転時に行えばよい。そして自動運転時には、冗長軸角度定義テーブル7を参照して、冗長角度を決定すればよく、CPUの負荷を軽減し実用的な時間で、解(各アクチュエータ41A〜47Aに対する目標位置指令)を決定することが可能である。
The simulation unit 5 receives information such as the position of an obstacle in the operable region of the manipulator 2 input in advance, the target position / posture of the control point from the target position / posture generation unit 10, and detection signals of the encoders of the actuators 41A to 47A. Based on the current position and orientation of the manipulator 2 obtained from the above, an operation locus from the current position and orientation to the target position and orientation is generated. Note that various algorithms can be applied to the algorithm for generating the motion trajectory.
The generation of the motion trajectory by the simulation unit 5 may be performed during the teaching operation of the manipulator 2. In the automatic operation, the redundant angle can be determined by referring to the redundant axis angle definition table 7, and the solution (target position command for each actuator 41A to 47A) is determined in a practical time while reducing the load on the CPU. Is possible.

冗長角度定義テーブル生成部6は、テーブル表示・入力部8からの入力情報に基づいて図4に示すように、マニピュレータ2の動作可能領域内で予め設定された3次元空間の領域101について、マニピュレータ2とその周辺の対象物あるいは家畜1の動作等を考慮して予め行なった実験に従って領域101を分割して離散化した小領域を設定するようになっている。   As shown in FIG. 4, the redundant angle definition table generating unit 6 generates a manipulator for a region 101 in a three-dimensional space set in advance in the operable region of the manipulator 2 based on the input information from the table display / input unit 8. 2 and the surrounding objects or the movement of the livestock 1 are taken into consideration, and the region 101 is divided into discrete regions according to experiments performed in advance.

領域101及び各小領域(m,n,l)は、それぞれ基準座標系Σcに対してマニピュレータ2の基準座標系Σwと同時変換行列で関係付けられている。領域101は、上述のとおりの実験結果に基づいて予めZ方向にL個、Y方向にN個、X方向にM個に分割されている。
より詳しくは、冗長角度定義テーブル生成部6は、家畜1の固体のバラツキ(例えば、ターゲット部1Aの位置のバラつきや家畜1の脚部などの障害物の位置のバラつき)に合わせて、領域101の大きさを決定する。つまり、バラツキが大きい場合は領域101の大きさがきく設定され、バラツキが小さい場合は小さく設定される。
また、ここではそれぞれの分割された小領域Sc(m,n,l)は、直方体となるように設定されている。なお、小領域Sc(m,n,l)の形状等については演算量を抑制できる点で方形であることが好ましいが、必要に応じて種々の形状に設定することが可能である。
The region 101 and each small region (m, n, l) are related to the reference coordinate system Σc by the reference coordinate system Σw of the manipulator 2 and the simultaneous conversion matrix. The region 101 is divided into L pieces in the Z direction, N pieces in the Y direction, and M pieces in the X direction based on the experimental results as described above.
More specifically, the redundant angle definition table generating unit 6 matches the region 101 in accordance with the solid variation of the livestock 1 (for example, the variation in the position of the target unit 1A or the position of an obstacle such as the leg of the livestock 1). Determine the size of. That is, when the variation is large, the size of the area 101 is set to be large, and when the variation is small, the size is set to be small.
Here, each divided small region Sc (m, n, l) is set to be a rectangular parallelepiped. The shape of the small region Sc (m, n, l) is preferably a square in terms of suppressing the amount of calculation, but can be set to various shapes as necessary.

冗長角度定義テーブル7は、分割された領域101の各領域に対する冗長軸の位置を設定するためのパラメータが対応付けられている。
かかる領域101の情報、即ち、小領域Sc(m,n,l)の位置・寸法・形状等の情報とこれに対応するパラメータの情報とはテーブル表示・入力部8の処理により表示装置に表示され、これらの情報は入力装置を介して作業者により入力・修正可能となっている。
The redundant angle definition table 7 is associated with parameters for setting the position of the redundant axis for each of the divided areas 101.
Information on the region 101, that is, information on the position, size, shape, etc. of the small region Sc (m, n, l) and information on the parameters corresponding thereto are displayed on the display device by processing of the table display / input unit 8. Such information can be input and corrected by an operator via an input device.

目標位置姿勢生成部10は、物体検出センサ4からの入力情報および後述の外力検出部16からの入力に基づいてマニピュレータ2のエンドエフェクタ2Aに把持された各種ツールの目標となる位置姿勢を生成するように構成されている。   The target position / posture generation unit 10 generates the target position / posture of various tools held by the end effector 2A of the manipulator 2 based on input information from the object detection sensor 4 and input from an external force detection unit 16 described later. It is configured as follows.

一方、目標位置姿勢生成部10は、外力検出部16が外力を検出したときは、物体検出センサ4の検出結果に基づく演算一旦停止し、外力検出部16から入力される目標位置姿勢の接触回避用の補正値を最新の目標位置姿勢に反映させたものを目標位置姿勢とする。   On the other hand, when the external force detection unit 16 detects an external force, the target position / posture generation unit 10 temporarily stops calculation based on the detection result of the object detection sensor 4 and avoids contact with the target position / posture input from the external force detection unit 16. The target position and orientation is obtained by reflecting the correction value for use in the latest target position and orientation.

領域判定部11は、目標位置姿勢生成部10の出力と冗長角度定義テーブル7の出力とから小領域Sc(m,n,l)の中から該当する冗長角度定義テーブルの小領域Sを選択するようになっている。
また、領域判定部11は、小領域Sc(m,n,l)の中に目標位置姿勢生成部の出力に該当する小領域が存在しないと判定した場合には異常信号を物体検出センサ4に出力するようになっており、物体検出センサ4側で例えば焦点の調整等の回避作業が実行される。
あるいは、小領域Sc(m,n,l)の中に目標位置姿勢生成部10の出力に対応する小領域が存在しないと判定した場合には、コントローラ3の表示装置を介してエラー警告を表示するように構成されてもよい。
冗長軸角度設定部12は、領域判定部11により選択された領域に対応する冗長角度定義テーブル7のパラメータに基づいて、冗長軸の角度(目標位置)を設定するようになっている。
The area determination unit 11 selects the corresponding small area S of the redundant angle definition table from the small areas Sc (m, n, l) from the output of the target position / orientation generation unit 10 and the output of the redundant angle definition table 7. It is like that.
In addition, when the region determination unit 11 determines that there is no small region corresponding to the output of the target position and orientation generation unit in the small region Sc (m, n, l), an abnormal signal is sent to the object detection sensor 4. For example, avoidance work such as focus adjustment is performed on the object detection sensor 4 side.
Alternatively, if it is determined that there is no small area corresponding to the output of the target position / orientation generation unit 10 in the small area Sc (m, n, l), an error warning is displayed via the display device of the controller 3. It may be configured to.
The redundant axis angle setting unit 12 sets the angle (target position) of the redundant axis based on the parameters of the redundant angle definition table 7 corresponding to the region selected by the region determining unit 11.

補間演算部13は、冗長軸角度設定部12により設定された冗長軸43Aの角度位置と、シミュレーション部5で求められた動作軌跡とに基づいて、逆キネマティクス演算を行ない現在位置から目標位置姿勢までの各アクチュエータ41A〜47Aの動作態様(あるいは動作速度を含む)を補間演算し、各アクチュエータ41A〜47Aそれぞれの目標位置指令を所定の演算周期毎に出力するようになっている。   The interpolation calculation unit 13 performs reverse kinematics calculation based on the angular position of the redundant axis 43A set by the redundant axis angle setting unit 12 and the motion trajectory obtained by the simulation unit 5, and performs the target position / posture from the current position. The operation modes (or the operation speeds) of the respective actuators 41A to 47A are interpolated and the target position commands of the respective actuators 41A to 47A are output every predetermined calculation cycle.

サーボ制御部14は、補間演算部13から所定の演算周期毎に出力される各アクチュエータ41A〜47Aそれぞれの目標位置指令と、各アクチュエータ41A〜47Aのエンコーダからの入力信号とに基づいて位置速度フィードバック制御を行うようになっている。   The servo control unit 14 performs position / velocity feedback based on the target position commands of the actuators 41A to 47A output from the interpolation calculation unit 13 at predetermined intervals and the input signals from the encoders of the actuators 41A to 47A. It comes to perform control.

アンプ部15は、サーボ制御部14から出力される動作指令に基づいて各アクチュエータ41A〜47Aの動作制御を行うようになっている。
外力検出部16は、各センサS1〜S4からの入力信号に基づいて、マニピュレータ2に対して外力が生じたか否かを検出し、マニピュレータ2が外力に対して回避するための目標位置の接触回避用の補正値を求め、目標位置姿勢生成部10側に入力するようになっている。
The amplifier unit 15 performs operation control of the actuators 41A to 47A based on the operation command output from the servo control unit 14.
The external force detector 16 detects whether or not an external force is generated on the manipulator 2 based on the input signals from the sensors S1 to S4, and avoids contact of the target position for the manipulator 2 to avoid the external force. Correction values are obtained and input to the target position and orientation generation unit 10 side.

本発明の一実施形態にかかるロボットシステム100はこのように構成されているので、作業開始時には、物体検出センサ4が家畜1のターゲット部1Aの位置を計測し、計測結果がコントローラ3に入力され、目標位置生成部10で制御点の目標位置姿勢が算出される。
なお、物体検出センサ4から得られる計測情報はX、Y、Zの並進3自由度の位置情報の3個であり、マニピュレータ2の動作自由度7に対して、冗長性が4自由度あることになる。
Since the robot system 100 according to an embodiment of the present invention is configured as described above, at the start of work, the object detection sensor 4 measures the position of the target unit 1A of the livestock 1, and the measurement result is input to the controller 3. The target position generation unit 10 calculates the target position and orientation of the control point.
Note that the measurement information obtained from the object detection sensor 4 is three pieces of positional information with three degrees of freedom of translation of X, Y, and Z, and has four degrees of freedom with respect to seven degrees of freedom of movement of the manipulator 2. become.

このため、本実施形態の物体検出センサ4の検出情報に基づいて並進3自由度に加えて回転3自由度の6自由度の目標位置姿勢を生成するために、ターゲット部1Aは家畜の乳頭部を想定しており、乳頭部は円筒形状であり図5に示すように、Z”軸周りには一様の形状とみなしており、また、ターゲット部1Aは下向きにあるので、Y”とX”周りの回転角度は一定であるとみなすことで、目標位置生成部10,領域判定部11,冗長軸角度設定部12でRz(Z”軸まわりの回転位置)と肘角度Exを冗長軸角度テーブル7で決定するようになっている。   Therefore, in order to generate a target position / posture of 6 degrees of freedom of rotation 3 degrees of freedom in addition to 3 degrees of freedom of translation based on the detection information of the object detection sensor 4 of the present embodiment, the target unit 1A is a nipple of a domestic animal. As shown in FIG. 5, the nipple is assumed to be a uniform shape around the Z ″ axis, and the target portion 1 </ b> A faces downward, so that Y ″ and X “By assuming that the rotation angle around is constant, the target position generation unit 10, the region determination unit 11, and the redundant axis angle setting unit 12 change Rz (rotation position about the Z” axis) and elbow angle Ex to the redundant axis angle. It is determined by Table 7.

即ち、物体検出センサ4により求められた物体検出センサ座標系に基づいたターゲット部1Aの位置と姿勢(Xs,Ys,Zs、)は、領域判定部11に入力され、図6に例示するような冗長軸角度定義テーブル7を参照して、小領域Sc(m,n,l)の中から該当する小領域の番号を決定する。   That is, the position and orientation (Xs, Ys, Zs) of the target unit 1A based on the object detection sensor coordinate system obtained by the object detection sensor 4 are input to the region determination unit 11 and are exemplified in FIG. With reference to the redundant axis angle definition table 7, the number of the corresponding small area is determined from the small areas Sc (m, n, l).

例えば、図6で領域No2が選択されたとすると、RzとExの値は、それぞれ、47と75が、冗長軸角度設定部12で設定される。設定された位置と姿勢角度は、補間演算部13に入力され、逆運動学に基づいて各アクチュエータ41A〜47Aのそれぞれに対する目標位置指令が生成され、サーボ制御部14とアンプ部15に入力され、マニピュレータ2は、ターゲット部1Aを、ターゲット部1Aに位置決めする(図5参照)。以上の動作が、物体検出センサ4の計測周波数(例えば、100Hz以上)のサンプリング周期毎に繰り返し実行される。
なお、サーボ制御部14での位置速度フィードバック制御の演算周期は上記のサンプリング周期よりも短い。
For example, if region No. 2 is selected in FIG. 6, 47 and 75 are set by the redundant axis angle setting unit 12 as the values of Rz and Ex, respectively. The set position and orientation angle are input to the interpolation calculation unit 13, target position commands for each of the actuators 41 </ b> A to 47 </ b> A are generated based on inverse kinematics, and input to the servo control unit 14 and the amplifier unit 15. The manipulator 2 positions the target portion 1A on the target portion 1A (see FIG. 5). The above operation is repeatedly executed at every sampling period of the measurement frequency (for example, 100 Hz or more) of the object detection sensor 4.
Note that the calculation cycle of the position / velocity feedback control in the servo control unit 14 is shorter than the sampling cycle.

このように本実施形態にかかるロボットシステムによれば、物体センサ4から計測周波数毎に入力される検出結果に基づいて演算周期毎に目標位置姿勢を算出し、目標位置姿勢に基づいて冗長角度定義テーブル7との照合結果から冗長軸の角度位置を設定するので、より少ない演算量でマニピュレータの冗長軸を適切に設定することができ、冗長な自由度を有するマニピュレータをより最適に制御することができる。
これにより、家畜1の脚部などの位置が移動する障害物などが存在する狭隘な作業空間内においてマニピュレータ2を動作させる場合であっても、ターゲット部1Aの位置に応じて冗長軸の姿勢を変更することができ、マニピュレータ2と障害物との接触確率を低減させ、作業効率を高く維持することができる。
As described above, according to the robot system according to the present embodiment, the target position and orientation are calculated for each calculation cycle based on the detection result input from the object sensor 4 for each measurement frequency, and the redundant angle is defined based on the target position and orientation. Since the angular position of the redundant axis is set from the collation result with the table 7, the redundant axis of the manipulator can be appropriately set with a smaller amount of calculation, and the manipulator having redundant degrees of freedom can be controlled more optimally. it can.
Thus, even when the manipulator 2 is operated in a narrow work space where an obstacle such as a leg portion of the livestock 1 moves, the posture of the redundant shaft is changed according to the position of the target portion 1A. The contact probability between the manipulator 2 and the obstacle can be reduced, and work efficiency can be maintained high.

また、マニピュレータ2と障害物とが接触した場合であっても外力検出部(回避動作実行部)16により外力に対して回避する目標位置姿勢が修正されるので、マニピュレータ2が障害物と過度に接触することなく障害物を回避することができる。さらに、接触回避動作時にも修正された目標位置姿勢に基づいて冗長角度定義テーブル7との照合結果から冗長軸の角度位置を設定するので、障害物の回避動作中に新たに別の障害物との接触確率を低減するようにマニピュレータ2の姿勢を適切に制御することができる。   Further, even when the manipulator 2 and the obstacle are in contact with each other, the target position / posture to be avoided with respect to the external force is corrected by the external force detection unit (avoidance operation executing unit) 16. Obstacles can be avoided without touching. Further, since the angular position of the redundant axis is set from the collation result with the redundant angle definition table 7 based on the corrected target position and orientation during the contact avoiding operation, another obstacle is newly detected during the obstacle avoiding operation. It is possible to appropriately control the posture of the manipulator 2 so as to reduce the contact probability.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能である。また、上記の各実施形態の手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない
なお、本発明は実施形態のごとく家畜に対して作業を施す用途に限定するものではなく、種々の用途に適用可能である。例えば、マニピュレータの動作範囲内の障害物の位置が変動する場合などにも適用できる。
また、上述の実施形態では7個のアクチュエータを有する7自由度のマニピュレータを例に説明したが、マニピュレータの自由度はこれに限定されることなく、冗長角度定義テーブルのデータを適宜設定することで8自由度以上の自由度を有するものにも本発明を適用することができる。
また、6自由度以下のマニピュレータであっても、作業対象物へのアプローチに1以上の自由度が許容される場合には、相対的にマニピュレータが冗長自由度を有することになるが、そのような場合であっても本発明を適用することができる。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed from the above embodiments without departing from the spirit of the present invention. Moreover, it is also possible to use combining the method of said each embodiment suitably. That is, it is needless to say that even a technique in which such changes are made is included in the technical scope of the present invention. Note that the present invention is limited to the use of working on livestock as in the embodiment. It is not a thing and can be applied to various uses. For example, the present invention can be applied to a case where the position of an obstacle within the operation range of the manipulator varies.
In the above-described embodiment, a seven-degree-of-freedom manipulator having seven actuators has been described as an example. However, the degree of freedom of the manipulator is not limited to this, and the data of the redundant angle definition table can be set appropriately. The present invention can also be applied to a device having 8 degrees of freedom or more.
Further, even if the manipulator has 6 degrees of freedom or less, if one or more degrees of freedom are allowed in the approach to the work object, the manipulator has a relative degree of freedom. Even in such a case, the present invention can be applied.

1 家畜
2 マニピュレータ
2A エンドエフェクタ
2B 物体検出センサ
3 コントローラ
4 視覚センサ
5 シミュレーション部
6 冗長角度定義テーブル生成部
7 冗長角度定義テーブル
8 冗長角度テーブル表示部
10 目標位置姿勢生成部
11 領域判定部
12 冗長軸角度設定部
13 補間演算部
14 サーボ制御部
15 アンプ部
40 基台
41〜46 アーム構造材
41A〜47A アクチュエータ
47 フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Livestock 2 Manipulator 2A End effector 2B Object detection sensor 3 Controller 4 Visual sensor 5 Simulation part 6 Redundant angle definition table generation part 7 Redundant angle definition table 8 Redundant angle table display part 10 Target position and posture generation part 11 Area determination part 12 Redundant axis Angle setting unit 13 Interpolation calculation unit 14 Servo control unit 15 Amplifier unit 40 Bases 41 to 46 Arm structure materials 41A to 47A Actuator 47 Flange

Claims (9)

1以上のアクチュエータを有するマニピュレータと、
前記アクチュエータそれぞれの動作を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記アクチュエータの内の一部を冗長軸と設定する冗長軸設定部と、
前記マニピュレータの目標位置姿勢を設定する目標位置姿勢生成部と、
前記目標位置姿勢に基づいて前記マニピュレータが現在の姿勢から前記目標位置姿勢に達するまでの動作軌跡を生成するシミュレーション部と、
前記マニピュレータの到達可能範囲内の領域を分割して設定した小領域と各小領域に対応する冗長軸角度用パラメータとを対応付けた冗長角度定義テーブルと、
前記目標位置姿勢生成部の出力結果に基づいて前記冗長角度定義テーブル中の該当する前記小領域を選択する領域判定手段と、
前記領域判定手段の選択結果と前記冗長角度定義テーブルとに基づいて、前記冗長軸角度を設定する冗長軸角度設定部と
前記動作軌跡と前記冗長軸角度とに基づいて、前記アクチュエータのそれぞれに対して動作指令を生成する補間演算部と、を有している
ことを特徴とする、ロボットシステム。
A manipulator having one or more actuators;
A controller for controlling the operation of each of the actuators,
The controller is
A redundant axis setting unit for setting a part of the actuator as a redundant axis;
A target position and orientation generation unit for setting a target position and orientation of the manipulator;
A simulation unit that generates an operation trajectory until the manipulator reaches the target position and posture from the current posture based on the target position and posture;
A redundant angle definition table that associates a small area set by dividing an area within the reachable range of the manipulator with a parameter for a redundant axis angle corresponding to each small area;
An area determination means for selecting the corresponding small area in the redundant angle definition table based on the output result of the target position and orientation generation unit;
Based on the selection result of the region determination means and the redundant angle definition table, a redundant axis angle setting unit for setting the redundant axis angle, and for each of the actuators based on the motion locus and the redundant axis angle And an interpolation calculation unit that generates an operation command.
作業対象物の位置を検知する物体検出センサを有し、
前記目標位置姿勢生成部は、前記物体検出センサの検知結果に基づいて前記目標位置姿勢を修正する
ことを特徴とする、請求項1記載のロボットシステム。
An object detection sensor for detecting the position of the work object;
The robot system according to claim 1, wherein the target position and orientation generation unit corrects the target position and orientation based on a detection result of the object detection sensor.
前記マニピュレータにかかる外力を検出する外力センサを有し、
前記コントローラは、
前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記センサ部の検出結果に基づいて前記アクチュエータが前記外力に対して回避する方向に回避動作を行なわせる回避動作実行部を有している
ことを特徴とする、請求項1または2記載のロボットシステム。
An external force sensor for detecting an external force applied to the manipulator;
The controller is
In addition to controlling the operation of the actuator, the actuator has an avoidance operation execution unit that performs an avoidance operation in a direction to avoid the external force based on a detection result of the sensor unit. The robot system according to claim 1 or 2.
前記コントローラは、
前記冗長角度定義テーブルを表示するとともに、前記冗長角度定義テーブルの内容の修正等を受け付けるテーブル表示・入力部を有している
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The controller is
4. The display device according to claim 1, further comprising a table display / input unit that displays the redundant angle definition table and receives correction of the contents of the redundant angle definition table. 5. Robot system.
前記マニピュレータは、
基台と、
前記基台に対して第1構造材を動作させる第1関節と、
前記第1構造材に対して第2構造材を動作させる第2関節と、
前記第2構造材に対して第3構造材を動作させる第3関節と、
前記第3構造材に対して第4構造材を動作させる第4関節と、
前記第4構造材に対して第5構造材を動作させる第5関節と、
前記第5構造材に対して第6構造材を動作させる第6関節と、
前記第6構造材に対してフランジを旋回させる第7関節と、を有している
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The manipulator
The base,
A first joint for operating the first structural member relative to the base;
A second joint for operating a second structural material relative to the first structural material;
A third joint for operating the third structural member relative to the second structural member;
A fourth joint for operating the fourth structural member relative to the third structural member;
A fifth joint for operating the fifth structural member relative to the fourth structural member;
A sixth joint for operating the sixth structural member relative to the fifth structural member;
The robot system according to claim 1, further comprising: a seventh joint that rotates a flange with respect to the sixth structural member.
前記冗長角度定義テーブルに規定される前記小領域はそれぞれその形状を直方体とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボットシステム。   The robot system according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the small areas defined in the redundant angle definition table has a rectangular parallelepiped shape. 前記冗長角度定義テーブルに規定される前記小領域は、前記作業対象物の位置のバラつきを考慮して予め設定される
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The robot system according to any one of claims 2 to 6, wherein the small area defined in the redundant angle definition table is set in advance in consideration of variations in the position of the work object. .
前記領域判定手段は、前記目標位置姿勢生成部の出力結果から前記冗長角度定義テーブル中の該当する前記小領域が存在しないと判定した場合には異常信号を前記物体検出センサに出力する
ることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載のロボットシステム。
The region determination means outputs an abnormal signal to the object detection sensor when it is determined from the output result of the target position and orientation generation unit that the corresponding small region in the redundant angle definition table does not exist. The robot system according to any one of claims 2 to 7, characterized in that:
1以上のアクチュエータを有するマニピュレータの動作を制御するロボット制御装置であって、
前記アクチュエータの内の一部を冗長軸と設定する冗長軸設定部と、
前記マニピュレータの目標位置姿勢を設定する目標位置姿勢生成部と、
前記目標位置姿勢に基づいて前記マニピュレータが現在の姿勢から前記目標位置姿勢に達するまでの動作軌跡を生成するシミュレーション部と、
前記マニピュレータの到達可能範囲内の領域を分割して設定した小領域と各小領域に対応する冗長軸角度用パラメータとを対応付けた冗長角度定義テーブルと、
前記目標位置姿勢生成部の出力結果に基づいて前記冗長角度定義テーブル中の該当する前記小領域を選択する領域判定手段と、
前記領域判定手段の選択結果と前記冗長角度定義テーブルとに基づいて、前記冗長軸角度を設定する冗長軸角度設定部と
前記動作軌跡と前記冗長軸角度とに基づいて、前記アクチュエータのそれぞれに対して動作指令を生成する補間演算部と、を有している
ことを特徴とする、ロボット制御装置。


A robot controller for controlling the operation of a manipulator having one or more actuators,
A redundant axis setting unit for setting a part of the actuator as a redundant axis;
A target position and orientation generation unit for setting a target position and orientation of the manipulator;
A simulation unit that generates an operation trajectory until the manipulator reaches the target position and posture from the current posture based on the target position and posture;
A redundant angle definition table that associates a small area set by dividing an area within the reachable range of the manipulator with a parameter for a redundant axis angle corresponding to each small area;
An area determination means for selecting the corresponding small area in the redundant angle definition table based on the output result of the target position and orientation generation unit;
Based on the selection result of the region determination means and the redundant angle definition table, a redundant axis angle setting unit for setting the redundant axis angle, and for each of the actuators based on the motion locus and the redundant axis angle And an interpolation calculation unit for generating an operation command.


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