(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの先端位置を直交座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに動作させるジョグ動作キーを含むティーチボックスを備え、前記ロボットをコンプライアンス制御するロボット制御装置において、
前記ロボットの命令と前記命令に必要な目標位置及び仮想コンプライアンス係数を指すポインタとを記憶する手段と、
前記ティーチボックスに仮想慣性係数、仮想ダンピング係数、仮想バネ係数を切替えるモードスイッチとを備え、
前記ジョグ動作キーによって前記仮想慣性係数、前記仮想ダンピング係数、前記仮想バネ係数のＸ，Ｙ，Ｚ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに関する成分を設定することを特徴とするロボット制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンプライアンス制御するロボットの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプライアンス制御は、手先の位置と姿勢、及び手先にかかる力を用いてロボットに柔らかい動きをさせる制御手法である。この手法は、バネ、ダンパ、慣性の各パラメータを仮想的に設定したモデル系の運動をロボットの動きで実現するもので、パラメータの値を変えることによりロボットの見かけ上の応答特性を自由に設定できる。さて、コンプライアンス制御は、
Ｆ＝Ｍａ＋Ｄｖ＋Ｋ（ｘ−ｘ０  ）        …（１）
という特性方程式で表される。ここでＭは仮想慣性係数、Ｄは仮想ダンピング係数、Ｋは仮想バネ係数、Ｆは手先の受ける力、ｘは手先の現在位置、ｘ０  は目標位置、ａはｘの２次微分（加速度）、ｖはｘの１次微分（速度）を表す。設定したモデルからｘ０  はバネ平衡点でもある。手先に加わる外力Ｆを力センサによって測定し、（１）  式を満足するようにロボットを制御する。一般には、
ｘ＝ｘ（ｋ）                                                                              …（２−１）
ｖ＝ｘ（ｋ）  −ｘ（ｋ−１）                                                            …（２−２）
ａ＝ｖ（ｋ）  −ｖ（ｋ−１）  ＝ｘ（ｋ）  −  ２ｘ（ｋ−１）  ＋ｘ（ｋ−２）  …（２−３）
とおき、これを（１）  式に代入し、さらにｘ（ｋ）  について解いた
ｘ（ｋ）  ＝｛Ｆ＋Ｋ・ｘｏ  ＋（２Ｍ＋Ｄ）・ｘ（ｋ−１）  −Ｍ・ｘ（ｋ−２）  ｝／（Ｍ＋Ｄ＋Ｋ）    …        （３）
によって次の制御サイクルでの位置指令ｘ（ｋ）  を求め、この位置指令にロボットが追従するように位置制御を行なう。ここで、ｘ（ｋ−１）  は前サイクルでの位置、ｘ（ｋ−２）  は前々サイクルでの位置を示している。
【０００３】
図２は、従来のコンプライアンス制御システムの概念図である。このシステムはロボット１０、ロボット制御装置２０、コンプライアンス設定装置３０、教示装置４０から構成される。
ロボット１０は、力センサを備えて、通常の位置のフィードバックに加えて力のフィードバックもできるタイプのものである。
ロボット制御装置２０は、記憶部２１と実行部２２からなる。記憶部２１は命令記憶部２１１と目標値記憶部２１２からなり、実行部２２はコンプライアンス制御部２２１と位置制御部２２２からなる。
コンプライアンス設定装置３０は、仮想コンプライアンス係数を設定・変更するためのマン・マシン・インターフェースであって、必要な時のみ接続されるものである。
教示装置４０は、ティーチボックスと呼ばれるもので、オペレータがこのティーチボックスを使ってロボット１０を動作させ、目標位置を教示するものである。
一方、特開平５−１８９００８号公報には、力検出器で検出した力に応じて仮想コンプライアンス係数を動的に可変する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コンプライアンス制御において、ロボットの柔らかさは、Ｍ，Ｄ，Ｋの仮想コンプライアンス係数によって決定される。コンプライアンスは、接触する対象物の性質によって値を設定することが多い。特に固いものに接する際には、振動を抑えるためにはコンプライアンスは固めが良いが、対象物がこわれやすいもののときは柔らかめに設定する。また、ならい動作をさせる際に一方向に柔らかく他方向に固くするなど、方向によってコンプライアンスを変えた方が良いこともある。
ところが、特開平５−１８９００８号公報も含め、従来の仮想コンプライアンス係数の変更手段はロボットティーチボックスには設けられておらず、オペレータの判断で随時変更するといったことが不可能であった。
そこで本発明は、仮想コンプライアンス係数をオペレータの判断で随時変更することができるロボット制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ロボットの先端位置を直交座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに動作させるジョグ動作キーを含むティーチボックスを備え、前記ロボットをコンプライアンス制御するロボット制御装置において、前記ロボットの命令と前記命令に必要な目標位置及び仮想コンプライアンス係数を指すポインタとを記憶する手段と、、前記ティーチボックスに仮想慣性係数、仮想ダンピング係数、仮想バネ係数を切替えるモードスイッチとを備え、前記ジョグ動作キーによって前記仮想慣性係数、前記仮想ダンピング係数、前記仮想バネ係数のＸ，Ｙ，Ｚ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに関する成分を設定することを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
上記手段により、仮想コンプライアンス係数を教示データとして活用できるので、ある教示点通過以後は仮想コンプライアンス係数を自動的変更して動作させたり、コンプライアンス制御した状態で、オペレータが実際に力のかかり具合を見ながら仮想コンプライアンス係数をティーチボックスから再設定をするなど、バラエテイにとんだ作業に対応できるようになる。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は、本発明によるコンプライアンス制御システムの構成図である。目標値記憶部２１２に仮想コンプライアンス係数を記憶できるようにし、教示装置（ティーチボックス）４０から、ロボット目標位置（及び姿勢）に加えて、仮想コンプライアンスを設定することができるようにしたものである。図３は、本発明のコンプライアンス制御装置に用いる教示装置の一例である。教示装置中のモード切替えスイッチ４１でモードを切替えることによって、ジョグ動作キーのモードが先端目標位置から、仮想慣性定数、仮想ダンピング係数、仮想バネ係数、先端位置、…という順に切り替わり、これらの値を設定するようにしている。
【０００８】
これら設定された値は、目標値記憶部に記憶される。目標位置と仮想コンプライアンス係数は別々に記憶する。図４は、目標位置のデータ構造である。目標位置は、従来と同様に、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置成分と、ロール角、ピッチ角、ヨー角の姿勢成分の６つの値で記憶される。仮想コンプライアンス係数は、仮想慣性係数、仮想ダンピング係数、仮想バネ係数をまとめて記憶する。図５は、仮想コンプライアンス係数のデータ構造である。図５においてＭは仮想慣性係数、Ｄは仮想ダンピング係数、Ｋは仮想バネ係数で、これらの値は、それぞれについてＸ，Ｙ，Ｚ方向の成分、及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転の成分の６つ、合計１８個の値を持つ。
【０００９】
また、ある目標位置と仮想コンプライアンス係数に何らかの関連を持たせて、いわば属性データとして記憶させることもできるものとする。つまり、ある教示点にロボットが到達すると、それ以後は、その教示点に関連づけられて記憶されている仮想コンプライアンス係数が自動的に設定されて動作を継続するようにする。その場合、命令を記憶する命令記憶部のデータ構造として、命令とその命令に必要なデータを指すポインタという構造を用いる。データは目標値記憶部の記憶データである。さらに、この構造をリストで接続することにより複数の命令を記述する。図６は、命令例である。「ｈｅａｄ」から「ＮＵＬＬ」までが一連の命令列を表し、図の例では、まず仮想慣性係数、仮想ダンピング係数、仮想バネ係数をそれぞれＭ，Ｄ，Ｋに設定し、次に位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、姿勢（ｒｏｌｌ，  ｐｉｔｃｈ，  ｙａｗ）に移動させるという２つの命令を記述している。
作業によっては、一連の操作の中でロボットの柔らかさを変えたいことや、ある方向だけコンプライアンスを変えたいことがよくある。本発明のように、教示データとして目標位置だけでなく、仮想コンプライアンス係数を持ち、さらに目標位置と仮想コンプライアンス係数を、コンプライアンス制御した状態で設定、変更することができる教示装置を備えた制御装置を用いることにより、これらの値を容易に変更することができ、操作性が向上する。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ロボットが接触する対象物の固さ、作業の内容によって、計算機などの他のハードウェアを必要とせずに、ロボットのコンプライアンスをオペレータが手元の教示装置から容易に変更することが可能となり、安定かつ良好な制御の実現に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンプライアンス制御システムの概念図
【図２】従来のコンプライアンス制御システムの概念図
【図３】本発明の教示装置の一例を示す図
【図４】本発明の目標位置データ構造の一例を示す図
【図５】仮想コンプライアンス係数データ構造の一例を示す図
【図６】本発明の命令の流れの一例を示す図
【符号の説明】
１０  ロボット
２０  ロボット制御装置
２１  記憶部
２２  実行部
２１１  命令記憶部
２１２  目標値記憶部
２２１  コンプライアンス制御部
２２２  位置制御部
３０  コンプライアンス設定装置
４０  教示装置
４１  モード切替えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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