(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
力センサを用いた力制御によるマニピュレータの教示用力センサ装置において、
前記教示用力センサ装置は、
マニピュレータ手先に設けた並進３軸力センサと、
並進方向の力計測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、
３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択する選択スイッチとを備えるとともに、
マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進３軸力センサに設定した座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置かれることを特徴とする教示用力センサ装置。
【請求項２】
マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進３軸力センサの座標軸とが互いに平行になるように配置したことを特徴とする請求項１記載の教示用力センサ装置。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
本発明は、並進３軸の力情報から並進と回転の６軸方向の力情報を得ることのできる、マニピュレータのダイレクト・ティーチ用の簡易な力センサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マニピュレータのいわゆるダイレクト・ティーチシステムは、図２に示すようになっている。このようなシステムは特開昭59-157715 号公報をはじめとして多くの考案がされている。図において、１０１はいくつかの関節とリンクでなるマニピュレータ本体、１０２はマニピュレータ本体１０１の先端につけた６軸力センサ、１０３はマニピュレータ本体１０１の先端の教示点、１０４は６軸力センサ１０２による６軸の力情報、１０５は目標インピーダンス、１０６は目標インピーダンス１０５の軌道修正量、１０７はもともとの目標軌道、１０８は軌道修正量１０６ともともとの目標軌道１０７の和をとった新たな目標軌道、１０９は新たな目標軌道１０８を入力するサーボコントローラ、１１０はマニピュレータ本体１０１の各アクチュエータへ与えるサーボコントローラの出力である。このように、従来は、５軸あるいは６軸の多自由度マニピュレータにおいてダイレクト・ティーチをおこなう場合、マニピュレータ本体１０１の先端に６軸力センサ１０２を配置し、並進と回転の６軸方向の力情報を直接計測し、これをもとに力制御系を構成し、マニピュレータの運動を制御することで、教示者が力をかけた方向にマニピュレータがならうような運動をさせる教示動作を実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、６軸力センサ１０２を用いるため、力センサの構造が複雑になり、製造に困難を生じたり製造コストが高いという問題があった。また、並進と回転の６軸の力情報を同時に計測するため、教示のための運動も必然的に並進と回転の６軸方向となり、これがかえって教示者を混乱せしめ、教示点の位置決め精度を低下させていた。
そこで、本発明は、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、簡易な教示用力センサ装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明は、力センサを用いた力制御によるマニピュレータの教示用力センサ装置において、前記教示用力センサ装置は、マニピュレータ手先に設けた並進３軸力センサと、並進方向の力計測と回転方向の力計測とを切替える切替えスイッチと、３軸の回転方向の中からいずれか１軸の計測方向を選択する選択スイッチとを備えるとともに、マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進３軸力センサに設定した座標軸は原点がそれぞれ他方の座標軸以外の位置に置いたのである。また、マニピュレータ手先の並進および回転運動の座標軸と前記並進３軸力センサの座標軸とが互いに平行になるように配置したのである。
【０００５】
【作用】
上記手段により、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の教示用力センサを示す図である。図において、１はいくつかのリンクでなるマニピュレータ本体、２はマニピュレータ本体１の先端につけた並進３軸力センサ、３は並進３軸力センサ２の力計測座標の中心、４は並進３軸力センサ２の力計測座標、５はマニピュレータ本体１の先端に設けたマニピュレータ手先の教示点の教示座標、６はマニピュレータ手先の教示点、７は並進３軸力センサ２による並進３軸の力情報、８は並進と回転の切り替えをする切替えスイッチ、９は座標変換された後の並進３軸の力情報、１０は回転の３軸のうちいずれか１軸を選択する選択スイッチ、１１は座標変換された後の回転力情報、１２は目標インピーダンス、１３は軌道修正量、１４はもともとの目標軌道、１５は新たな目標軌道、１６はサーボコントローラ、１７はマニピュレータのアクチュエータへ出力されるサーボコントローラの出力、１８は並進への切替え点、１９は回転への切替え点、２０はＸ軸方向における回転への切替え点、２１はＹ軸方向における回転への切替え点、２２はＺ軸方向における回転への切替え点、２３はＸ軸方向における回転力情報、２４はＹ軸方向における回転力情報、２５はＺ軸方向における回転力情報、２６は並進力の座標変換、２７は回転力の座標変換である。このような構成において、 並進３軸の力センサ２の力計測座標４はマニピュレータ本体１の先端に設けられたマニピュレータ手先の教示点６における教示点の教示座標５と各軸において互いに一直線上にこないように配置されている。並進３軸力センサ２で計測された力計測座標４にもとづく並進３軸の力情報７は切替えスイッチ８へ送られる。
まず、教示点６に対する並進力の計測と並進運動は以下のように実現する。この切替えスイッチ８が並進への切替え点１８へ閉じているとき、前記並進３軸の力情報７は、並進力の座標変換２６を施されたあと、マニピュレータ手先の教示点６の教示点の教示座標５に対する並進３自由度の力情報９として、目標インピーダンス１２とから並進方向の軌道修正量１３を計算する。この軌道修正量１３をもともとの目標軌道１４に加え、新たな目標軌道１５としてサーボコントローラ１６へ送る。サーボコントローラ１６はマニピュレータ本体１の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出力１７によって制御する。以上の作用により、並進３軸力センサ２に加えられた並進力に対し、これがあたかも教示点６に加わってマニピュレータ本体１がこの並進力にならうような並進動作を実現できる。
【０００７】
また、教示点６に対する回転力の計測と回転運動は以下のように実現する。並進３軸力センサ２の計測軸に対応する力計測座標４とマニピュレータの手先の座標系とは、各座標軸が互いに並行で一直線上にこないように配置されている。このとき並進３軸力センサ２に加わる力のうち、並進力を計測すれば、この情報により教示点６に対する回転力を求めることができる。例えば、並進３軸力センサ２の座標系のＸ’軸とＺ’軸のはる平面内の並進力を、マニピュレータの手先の教示点の教示座標５におけるＹ軸に対する回転力とする。すなわち、前記並進力のベクトルの大きさにそのベクトルと教示点６との距離を乗じて回転力とする。同様に、Ｚ’軸とＹ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５におけるＸ軸に対する回転力とする。また、Ｘ’軸とＹ’軸のはる平面内の並進力を、教示点の教示座標５におけるＺ軸に対する回転力とする。
切替えスイッチ８が回転への切替え点１９へ閉じているとき、力センサの並進３軸の力情報７は選択スイッチ１０へ送られる。この選択スイッチ１０がＸ軸方向における回転への切替え点２０へ閉じているとき、上記の並進３軸の力情報７は、Ｘ軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがＸ軸方向における回転力情報２３となる。また、この選択スイッチ１０がＹ軸方向における回転への切替え点２１へ閉じているとき、上記の並進３軸の力情報７は、Ｙ軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがＹ軸方向における回転力情報２４となる。また、この選択スイッチ１０がＺ軸方向における回転への切替え点２２へ閉じているとき、前記並進３軸の力情報７は、Ｚ軸方向の回転に寄与する並進方向の力のみがＺ軸方向における回転力情報２５となる。これらのいずれかの回転力情報は、回転力の座標変換２７を施されたあと、教示点６における回転力情報１１として目標インピーダンス１２とから回転方向の軌道修正量１３を計算する。この軌道修正量１３をもともとの目標軌道１４に加え、新たな目標軌道１５としてサーボコントローラ１６へ送る。サーボコントローラ１６はマニピュレータ本体１の各アクチュエータの運動をサーボコントローラの出力１７によって制御する。以上の作用により、力センサに加えられた並進力に対し、これがあたかも教示点６に加わる回転力として働き、マニピュレータがこの回転力にならうような回転動作を実現できる。
【０００８】
上記のスイッチの切り替えは教示者によって行われ、これにより、マニピュレータに並進方向の教示動作を行わせるのか、いずれかの回転軸方向にそった教示動作をおこなわせるのかを選択できる。
なお、上記の実施例では、力センサの座標系と教示座標系とを平行に配置したが、各座標系の軸が互いに一直線上にこないならば、軸どうしにねじりがあってもよく、その場合には、力センサ情報にまず座標変換を施せば後は上記の実施例にのっとって容易に構成することができる。
以上のようにして、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、構造が簡単でしかも６軸の力情報を計測でき、さらに並進と回転の教示動作をわけることで教示者にとって教示のしやすい、教示用力センサ装置を提供しうる効果がある。
【０００１０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】従来の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  マニピュレータ本体
２  並進３軸力センサ
３  力計測座標の中心
４  力計測座標
５  教示点の教示座標
６  教示点
７  並進３軸の力情報
８  切替えスイッチ
９  力情報
１０  選択スイッチ
１１  回転力情報
１２  目標インピーダンス
１３  軌道修正量
１４  もともとの目標軌道
１５  新たな目標軌道
１６  サーボコントローラ
１７  サーボコントローラの出力
１８  並進への切替え点
１９  回転への切替え点
２０  Ｘ軸方向における回転への切替え点
２１  Ｙ軸方向における回転への切替え点
２２  Ｚ軸方向における回転への切替え点
２３  Ｘ軸方向における回転力情報
２４  Ｙ軸方向における回転力情報
２５  Ｚ軸方向における回転力情報
２６  並進力の座標変換
２７  回転力の座標変換
１０１  マニピュレータ本体
１０２  ６軸力センサ
１０３  教示点
１０４  ６軸の力情報
１０５  目標インピーダンス
１０６  軌道修正量
１０７  もともとの目標軌道
１０８  新たな目標軌道
１０９  サーボコントローラ
１１０  サーボコントローラの出力
【図１】
0003767643.tif 000002
【図２】
0003767643.tif 000003