JP7300854B2

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Publication number: JP7300854B2
Application number: JP2019043626A
Authority: JP
Inventors: 鉄也田原
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN113508011A; WO2020184203A1; JP2020146765A

Description

Translated fromJapanese

この発明は、ロボットの位置姿勢と力を同時に制御可能なロボット制御装置及びロボット制御方法に関する。 The present invention relates to a robot control device and a robot control method capable of simultaneously controlling the position/orientation and force of a robot.

垂直多関節ロボット等のロボット（ロボットアーム）では、位置姿勢と力を同時（並列）に制御対象とするロボット制御装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。なお、位置姿勢は、ロボットの位置及び姿勢のうちの少なくとも一方を表す。図９～図１１に、ロボット制御装置１ｂの一例を示す。 A robot (robot arm) such as a vertical multi-joint robot uses a robot control device that simultaneously (parallelly) controls a position/orientation and a force (see, for example, Patent Document 1). Note that the position and orientation represent at least one of the position and orientation of the robot. 9 to 11 show an example of therobot control device 1b.

図９に示すロボット制御装置１ｂは、メイン制御部（上位コントローラ）１１ｂ、及び複数の関節制御部（下位コントローラ）１２ｂを備えている。関節制御部１２ｂは、ロボット２が有する関節毎に設けられている。なお、メイン制御部１１ｂと各関節制御部１２ｂとの間は通信線により接続されている。 Arobot control device 1b shown in FIG. 9 includes a main controller (upper controller) 11b and a plurality of joint controllers (lower controllers) 12b. Thejoint controller 12b is provided for each joint that therobot 2 has. A communication line connects between themain controller 11b and eachjoint controller 12b.

また、図９に示すように、ロボット２は、関節毎に、モータ２１及びセンサ２２（トルクセンサ２３及びエンコーダ２４）を有している。モータ２１及びセンサ２２はそれぞれ、対応する関節制御部１２ｂに対して電力線等により接続されている。トルクセンサ２３は、対応する関節でのトルクの現在値を検出する。エンコーダ２４は、対応する関節の角度の現在値を検出する。なお図１０では、モータ２１、トルクセンサ２３及びエンコーダ２４を一組のみ示している。 Further, as shown in FIG. 9, therobot 2 has amotor 21 and a sensor 22 (atorque sensor 23 and an encoder 24) for each joint. Each of themotors 21 and thesensors 22 is connected to the correspondingjoint control section 12b by a power line or the like.Torque sensor 23 detects the current value of torque at the corresponding joint.Encoder 24 detects the current value of the angle of the corresponding joint. 10 shows only one set ofmotor 21,torque sensor 23 andencoder 24. FIG.

メイン制御部１１ｂは、各関節制御部１２ｂに指令値を出力することで、ロボット２全体を制御する。具体的には、メイン制御部１１ｂは、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボット２が有する関節毎のトルクの現在値及び角度の現在値に基づいて、当該関節毎の速度の指令値を演算する。メイン制御部１１ｂは、図１０及び図１１に示すように、力演算部１１１ｂ、力制御部１１２ｂ、位置姿勢演算部１１３ｂ、位置姿勢制御部１１４ｂ、指令値合成部１１５ｂ及び指令値変換部１１６ｂを備えている。 Themain control unit 11b controls theentire robot 2 by outputting command values to eachjoint control unit 12b. Specifically, themain control unit 11b controls the speed command value for each joint based on the force command value, the position/orientation command value, and the current torque and angle values for each joint of therobot 2. to calculate As shown in FIGS. 10 and 11, themain control unit 11b includes aforce calculation unit 111b, aforce control unit 112b, a position/orientation calculation unit 113b, a position/orientation control unit 114b, a commandvalue synthesis unit 115b, and a commandvalue conversion unit 116b. I have.

力演算部１１１ｂは、ロボット２が有する関節毎のトルクの現在値に基づいて、ロボット２の力の現在値を演算する。ロボット２が有する関節毎のトルクは関節座標系で表されており、力演算部１１１ｂは、関節毎のトルクを直交座標系で表された力に変換する。図１１において、τはトルクの現在値を表し、Ｆは力の現在値を表している。 Theforce calculation unit 111b calculates the current force value of therobot 2 based on the current torque value of each joint of therobot 2 . The torque of each joint of therobot 2 is expressed in a joint coordinate system, and theforce calculation unit 111b converts the torque of each joint into a force expressed in an orthogonal coordinate system. In FIG. 11, τ represents the current value of torque and F represents the current value of force.

力制御部１１２ｂは、力の指令値及び力演算部１１１ｂにより演算された力の現在値に基づいて、力制御の指令値を演算する。この力制御部１１２ｂでは、偏差演算器１１２１ｂで力の指令値と力の現在値との間の偏差を求め、係数乗算部１１２２ｂで偏差演算器１１２１ｂによる演算結果の偏差に対してゲインを乗算することで、力制御の指令値を得る。図１１において、Ｆｒは力の指令値を表し、Ｇ_Ｆはゲインを表している。Theforce control unit 112b calculates a force control command value based on the force command value and the current force value calculated by theforce calculation unit 111b. In theforce control unit 112b, thedeviation calculator 1121b obtains the deviation between the force command value and the current force value, and thecoefficient multiplier 1122b multiplies the deviation calculated by thedeviation calculator 1121b by the gain. Thus, the command value for force control is obtained. In FIG. 11, Fr represents a force command value, and_GF represents a gain.

位置姿勢演算部１１３ｂは、ロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、ロボット２の位置姿勢の現在値を演算する。ロボット２が有する関節毎の角度の現在値は関節座標系で表されており、位置姿勢演算部１１３ｂは、関節毎の角度の現在値を直交座標系で表された位置姿勢の現在値に変換する。図１１において、θは角度の現在値を表し、Ｘは位置姿勢の現在値を表している。 The position/posture calculation unit 113b calculates the current values of the position/posture of therobot 2 based on the current values of the angles of the joints of therobot 2 . The current values of the angles of the joints of therobot 2 are expressed in the joint coordinate system, and the position/orientation calculation unit 113b converts the current values of the angles of the joints into the current values of the position and orientation expressed in the orthogonal coordinate system. do. In FIG. 11, θ represents the current value of the angle, and X represents the current value of the position and orientation.

位置姿勢制御部１１４ｂは、位置姿勢の指令値及び位置姿勢演算部１１３ｂにより演算された位置姿勢の現在値に基づいて、位置姿勢制御の指令値を演算する。この位置姿勢制御部１１４ｂでは、偏差演算器１１４１ｂで位置姿勢の指令値と位置姿勢の現在値との間の偏差を求め、係数乗算部１１４２ｂで偏差演算器１１４１ｂによる演算結果に対してゲインを乗算することで、位置姿勢制御の指令値を得る。図１１において、Ｘｒは位置姿勢の指令値を表し、Ｇ_Ｚはゲインを表している。The position/posture control unit 114b calculates a command value for position/posture control based on the command value of the position/posture and the current value of the position/posture calculated by the position/posture calculation unit 113b. In the position/posture control unit 114b, thedeviation calculator 1141b obtains the deviation between the position/posture command value and the current position/posture value, and thecoefficient multiplier 1142b multiplies the calculation result of thedeviation calculator 1141b by the gain. By doing so, the command value for the position/attitude control is obtained. In FIG. 11, Xr represents the command value of the position and orientation, and_GZ represents the gain.

指令値合成部１１５ｂは、力制御部１１２ｂにより演算された力制御の指令値及び位置姿勢制御部１１４ｂにより演算された位置姿勢制御の指令値を合成する。この指令値合成部１１５ｂでは、加算器１１５１ｂで力制御の指令値と位置姿勢制御の指令値とを加算する。 The commandvalue synthesizing unit 115b synthesizes the force control command value calculated by theforce control unit 112b and the position/attitude control command value calculated by the position/attitude control unit 114b. In the commandvalue synthesizing unit 115b, theadder 1151b adds the command value for the force control and the command value for the position/orientation control.

指令値変換部１１６ｂは、指令値合成部１１５ｂによる合成結果を、ロボット２が有する関節毎の角速度の指令値に変換する。この指令値変換部１１６ｂでは、係数乗算部１１６１ｂで上記合成結果に対してヤコビ行列の逆行列を乗算する。すなわち、指令値変換部１１６ｂは、直交座標系で表された指令値を関節座標系で表された指令値に変換する。図１１において、Ｊはヤコビ行列を表し、θ（ドット）ｒは角速度の指令値を表している。 The commandvalue transforming unit 116b transforms the synthesis result of the commandvalue synthesizing unit 115b into a command value of the angular velocity for each joint of therobot 2. FIG. In commandvalue conversion section 116b,coefficient multiplication section 1161b multiplies the result of synthesis by the inverse matrix of the Jacobian matrix. That is, thecommand value converter 116b converts the command value represented by the orthogonal coordinate system into the command value represented by the joint coordinate system. In FIG. 11, J represents the Jacobian matrix, and θ (dot) r represents the angular velocity command value.

関節制御部１２ｂは、メイン制御部１１ｂからの指令に応じ、対応する関節に設けられたモータ２１を制御する。関節制御部１２ｂは、図１０に示すように、トルク取得部１２１ｂ及び関節角制御部１２２ｂを備えている。 Thejoint control section 12b controls themotors 21 provided at the corresponding joints according to commands from themain control section 11b. As shown in FIG. 10, thejoint control section 12b includes atorque acquisition section 121b and a jointangle control section 122b.

トルク取得部１２１ｂは、対応する関節でのトルクの現在値を取得する。このトルク取得部１２１ｂにより取得されたトルクの現在値を示すデータは、メイン制御部１１ｂ（力演算部１１１ｂ）に出力される。 Thetorque acquisition unit 121b acquires the current torque value at the corresponding joint. Data indicating the current value of the torque acquired by thetorque acquisition section 121b is output to themain control section 11b (force calculation section 111b).

関節角制御部１２２ｂは、メイン制御部１１ｂにより演算された角速度の指令値及びロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、対応する関節に設けられたモータ２１に対する指令値を演算する。この関節角制御部１２２ｂでは、速度変換部１２２１ｂで角度の現在値を角速度の現在値に変換し、減算器１２２３ｂで角速度の指令値から速度変換部１２２１ｂで得られた角速度の現在値を減算し、ＰＩ制御部１２２４ｂで減算器１２２３ｂによる減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、モータ２１に対する指令値を得る。 The jointangle control unit 122b calculates a command value for themotor 21 provided at the corresponding joint based on the command value of the angular velocity calculated by themain control unit 11b and the current value of the angle of each joint of therobot 2. . In the jointangle control unit 122b, thespeed conversion unit 1221b converts the current value of the angle into the current value of the angular velocity, and thesubtractor 1223b subtracts the current value of the angular velocity obtained by thespeed conversion unit 1221b from the command value of the angular velocity. A command value for themotor 21 is obtained by performing PI control based on the result of subtraction by thesubtractor 1223b in thePI control unit 1224b.

このように、図９～図１１に示すロボット制御装置１ｂでは、複数の関節を連携して操作する必要があり、メイン制御部１１ｂで、多関節の自由度（例えば６自由度）に対して位置姿勢と力を同時に制御演算した結果を合成し、当該合成結果を各軸の関節制御部１２ｂへの信号に変換してから出力する。すなわち、このロボット制御装置１ｂでは、メイン制御部１１ｂでコンプライアンス制御の主要な演算を実行する。そのため、このロボット制御装置１ｂでは、調整すべきパラメータを合理的に統合できる等のメリットがある。 As described above, in therobot control device 1b shown in FIGS. 9 to 11, it is necessary to operate a plurality of joints in cooperation. The results of simultaneously controlling and calculating the position/orientation and force are combined, and the combined results are converted into signals to thejoint control unit 12b for each axis and then output. That is, in therobot control device 1b, themain control section 11b executes the main computations of the compliance control. Therefore, therobot control device 1b has merits such as being able to rationally integrate the parameters to be adjusted.

特開２０１６－１６８６５０号公報JP 2016-168650 A

一般に、産業用ロボット等のロボットでは、力制御によって実現が求められる対象として精密な研磨の倣い動作等があり、整定動作又は追従動作のようなダイナミクスの性能向上が常に求められている。
一方、従来のロボット制御装置では、メイン制御部でフィードバック系を構成している。すなわち、このロボット制御装置では、ロボットから物理的にも通信的にも距離のある構成要素でフィードバック制御演算を行うことになる。よって、トルクセンサによるトルクの検出からモータへの指令値の入力までの遅延が長くなる。その結果、このロボット制御装置では、不可避的にむだ時間が入り込む余地が多くなり、安定性を維持できるハイゲイン化を抑制する要因になる。また、むだ時間自体も、リード補償等でキャンセルできる要素ではないため、応答時間への悪影響は避けられない。
このように、従来のロボット制御装置では、力制御の性能（特に速応性）の向上が難しく、更なる改善が求められている。In general, robots such as industrial robots are required to perform precise polishing following motions by force control, and improvement in dynamics performance such as settling motions or follow-up motions is always required.
On the other hand, in a conventional robot control device, the main control unit constitutes a feedback system. In other words, in this robot control device, feedback control calculations are performed by components that are physically and communicatively distant from the robot. Therefore, the delay from the detection of the torque by the torque sensor to the input of the command value to the motor becomes longer. As a result, in this robot control device, there is a large amount of room for unavoidable dead time, which is a factor in suppressing high gain that can maintain stability. In addition, the dead time itself is not a factor that can be canceled by lead compensation or the like, so it cannot be avoided that it adversely affects the response time.
As described above, it is difficult to improve the force control performance (especially quick response) in the conventional robot control device, and further improvement is required.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対して力制御の性能を向上可能なロボット制御装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a robot controller capable of improving the performance of force control compared to the conventional configuration.

この発明に係るロボット制御装置は、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボットが複数有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値を演算するメイン制御部と、ロボットが複数有する関節毎に設けられ、関節毎のトルクの現在値を検知可能な手段から取得された対応する関節でのトルクの現在値並びにメイン制御部により演算されたトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値に基づいて、対応する関節に設けられたモータに対する指令値を演算する関節制御部とを備え、メイン制御部は、力の指令値を、ロボットが複数有する関節毎のトルクの指令値に変換するトルク指令値変換部を有し、関節制御部は、対応する関節でのトルクの現在値及びメイン制御部により演算されたトルクの指令値に基づいて、トルク制御の指令値を演算するトルク制御部と、トルク制御部により演算されたトルク制御の指令値と、メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値又はメイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値に基づいて速度、加速度、電流又はトルクの制御の指令値を演算する関節角制御部により演算された制御の指令値とを合成する指令値合成部とを有することを特徴とする。A robot controller according to the present invention provides a torque command value and a position/posture control command value for each joint based on a force command value, a position/posture command value, and a current angle value for each of a plurality of joints of a robot. and a current value of torque at the corresponding joint, which is provided for each joint of the robot andwhich is capable of detecting the current value of torque for each joint, and is calculated by the main control unit. a joint control unit for calculating a command value for a motor provided at a corresponding joint based on the torque command value and the position/orientation control command value;It has a torque command value conversion unit that converts to a torque command value for each of a plurality of joints, and the joint control unit is based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value calculated by the main control unit. , a torque control unit for calculating a torque control command value, a torque control command value calculated by the torque control unit, a position/orientation control command value calculated by a main control unit, or a position calculated by the main control unit and a command value synthesizing unit for synthesizing the control command values calculated by the joint angle control unit for calculating the speed, acceleration, current or torque control command values based on the attitude control command values. do.

この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対して力制御の性能を向上可能となる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to improve the performance of force control compared to the conventional configuration.

実施の形態１に係るロボット制御装置の構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a robot control device according toEmbodiment 1; FIG.実施の形態１に係るロボット制御装置の構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a robot control device according toEmbodiment 1; FIG.実施の形態１に係るロボット制御装置の動作例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation example of the robot control device according toEmbodiment 1;実施の形態１におけるメイン制御部の動作例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an operation example of a main control unit according toEmbodiment 1;実施の形態１における関節制御部の動作例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an operation example of a joint control unit according toEmbodiment 1. FIG.図６Ａ、図６Ｂは、実施の形態１に係るロボット制御装置による効果を説明するための図であり、図６Ａは実施の形態１に係るロボット制御装置を用いた場合でのシミュレーション結果の一例を示す図であり、図６Ｂは従来のロボット制御装置を用いた場合でのシミュレーション結果の一例を示す図である。6A and 6B are diagrams for explaining the effect of the robot control device according to the first embodiment, and FIG. 6A shows an example of simulation results when the robot control device according to the first embodiment is used. FIG. 6B is a diagram showing an example of a simulation result when a conventional robot control device is used;実施の形態２に係るロボット制御装置の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a robot control device according toEmbodiment 2;実施の形態２に係るロボット制御装置の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a robot control device according toEmbodiment 2;従来のロボット制御装置を含むロボットシステムの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a robot system including a conventional robot control device; FIG.従来のロボット制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional robot control apparatus.従来のロボット制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional robot control apparatus.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１，２は実施の形態１に係るロボット制御装置１の構成例を示す図である。なお、ロボット制御装置１とロボット２との関係は、図９と同様であり、その説明を省略する。
ロボット制御装置１は、ロボット２の位置姿勢と力を同時（並列）に制御する。ロボット制御装置１は、図１，２に示すように、メイン制御部（上位コントローラ）１１、及び複数の関節制御部（下位コントローラ）１２を備えている。関節制御部１２は、ロボット２が有する関節毎に設けられている。なお、メイン制御部１１と各関節制御部１２との間は通信線により接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of arobot control device 1 according toEmbodiment 1. FIG. Note that the relationship between therobot control device 1 and therobot 2 is the same as in FIG. 9, and the description thereof will be omitted.
Therobot control device 1 simultaneously (in parallel) controls the position/orientation and force of therobot 2 . As shown in FIGS. 1 and 2, therobot control device 1 includes a main controller (upper controller) 11 and a plurality of joint controllers (lower controllers) 12 . Thejoint controller 12 is provided for each joint of therobot 2 . Themain controller 11 and eachjoint controller 12 are connected by communication lines.

メイン制御部１１は、各関節制御部１２に指令値を出力することで、ロボット２全体を制御する。具体的には、メイン制御部１１は、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値を演算する。図１，２では、位置姿勢制御の指令値は速度の指令値である。メイン制御部１１は、図１に示すように、トルク指令値変換部１１１、位置姿勢演算部１１２、位置姿勢制御部１１３及び指令値変換部１１４を備えている。なお、メイン制御部１１は、システムＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等により実現される。 Themain control unit 11 controls theentire robot 2 by outputting command values to eachjoint control unit 12 . Specifically, themain control unit 11 controls the torque command value and the position/posture control value for each joint based on the force command value, the position/posture command value, and the current angle value for each joint of therobot 2 . Calculate the command value. In FIGS. 1 and 2, the position/attitude control command value is a speed command value. Themain control unit 11 includes a torque commandvalue conversion unit 111, a position/posture calculation unit 112, a position/posture control unit 113, and a commandvalue conversion unit 114, as shown in FIG. Themain control unit 11 is implemented by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration) or a CPU (Central Processing Unit) that executes programs stored in a memory or the like.

トルク指令値変換部１１１は、力の指令値を、ロボット２が有する関節毎のトルクの指令値に変換する。トルク指令値変換部１１１は、係数乗算部１１１１を有している。係数乗算部１１１１は、力の指令値に対してヤコビ行列の転置行列を乗算する。力の指令値は直交座標系で表されており、トルク指令値変換部１１１は、力の指令値を関節座標系で表されたトルクの指令値に変換する。図２において、Ｆｒは力の指令値を表し、Ｊはヤコビ行列を表し、τｒはトルクの指令値を表している。 The torque commandvalue conversion unit 111 converts the force command value into a torque command value for each joint of therobot 2 . The torque commandvalue conversion section 111 has acoefficient multiplication section 1111 . Acoefficient multiplier 1111 multiplies the force command value by the transposed matrix of the Jacobian matrix. The force command value is expressed in an orthogonal coordinate system, and the torquecommand value converter 111 converts the force command value into a torque command value expressed in the joint coordinate system. In FIG. 2, Fr represents a force command value, J represents a Jacobian matrix, and τr represents a torque command value.

位置姿勢演算部１１２は、ロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、ロボット２の位置姿勢の現在値を演算する。ロボット２が有する関節毎の角度は関節座標系で表されており、位置姿勢演算部１１２は、関節毎の角度を直交座標系で表された位置姿勢に変換する。なおロボット２が有する関節毎の角度の現在値は、当該関節毎に設けられたエンコーダ２４により検出される。図２において、θは角度の現在値を表し、Ｘは位置姿勢の現在値を表している。 The position/posture calculation unit 112 calculates the current values of the position/posture of therobot 2 based on the current values of the angles of the joints of therobot 2 . The angle of each joint of therobot 2 is expressed in a joint coordinate system, and the position/orientation calculator 112 converts the angle of each joint into a position/orientation expressed in an orthogonal coordinate system. The current value of the angle for each joint of therobot 2 is detected by theencoder 24 provided for each joint. In FIG. 2, θ represents the current value of the angle, and X represents the current value of the position and orientation.

位置姿勢制御部１１３は、位置姿勢の指令値及び位置姿勢演算部１１２により演算された位置姿勢の現在値に基づいて、速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）を演算する。位置姿勢制御部１１３は、偏差演算器１１３１及び係数乗算部１１３２を有している。 The position/attitude control unit 113 calculates a velocity command value (position/attitude control command value) based on the position/attitude command value and the position/attitude current value calculated by the position/attitude calculation unit 112 . The position/posture control unit 113 has adeviation calculator 1131 and acoefficient multiplier 1132 .

偏差演算器１１３１は、位置姿勢の指令値と位置姿勢の現在値との間の偏差を演算によって求める。
係数乗算部１１３２は、偏差演算器１１３１による演算結果の偏差に対してゲインを乗算することで、速度の指令値を得る。図２において、Ｘｒは位置姿勢の指令値を表し、Ｇ_Ｚはゲインを表している。Thedeviation calculator 1131 calculates the deviation between the position/orientation command value and the position/orientation current value.
Thecoefficient multiplier 1132 obtains a speed command value by multiplying the deviation calculated by thedeviation calculator 1131 by the gain. In FIG. 2, Xr represents the command value of the position and orientation, and_GZ represents the gain.

指令値変換部１１４は、位置姿勢制御部１１３により演算された速度の指令値を、ロボット２が有する関節毎の角速度の指令値に変換する。指令値変換部１１４は、係数乗算部１１４１を有している。係数乗算部１１４１は、位置姿勢制御部１１３により演算された速度の指令値に対してヤコビ行列の逆行列を乗算する。すなわち、指令値変換部１１４は、直交座標系で表された指令値を関節座標系で表された指令値に変換する。図２において、θ（ドット）ｒは角速度の指令値を表している。 The commandvalue conversion unit 114 converts the speed command value calculated by the position/orientation control unit 113 into an angular speed command value for each joint of therobot 2 . The commandvalue conversion section 114 has acoefficient multiplication section 1141 . Thecoefficient multiplier 1141 multiplies the velocity command value calculated by the position/orientation controller 113 by the inverse of the Jacobian matrix. That is, thecommand value converter 114 converts the command value represented by the orthogonal coordinate system into the command value represented by the joint coordinate system. In FIG. 2, θ (dot) r represents the command value of the angular velocity.

関節制御部１２は、メイン制御部１１からの指令に応じ、対応する関節に設けられたモータ２１を制御する。具体的には、関節制御部１２は、対応する関節でのトルクの現在値並びにメイン制御部１１により演算されたトルクの指令値及び角速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）に基づいて、対応する関節に設けられたモータ２１に対する指令値を演算する。関節制御部１２は、図１に示すように、トルク取得部１２１、トルク制御部１２２及びモータ制御部１２３を備えている。モータ制御部１２３は、関節角制御部１２４及び指令値合成部１２５を有している。 Thejoint control unit 12 controls themotors 21 provided at the corresponding joints according to commands from themain control unit 11 . Specifically, based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value and the angular velocity command value (position/orientation control command value) calculated by themain control unit 11, the joint control unit 12: A command value for themotor 21 provided at the corresponding joint is calculated. Thejoint control unit 12 includes atorque acquisition unit 121, atorque control unit 122, and amotor control unit 123, as shown in FIG. Themotor controller 123 has ajoint angle controller 124 and acommand value synthesizer 125 .

トルク取得部１２１は、対応する関節でのトルクの現在値を取得する。ロボット２が有する関節毎のトルクの現在値は、当該関節毎に設けられたトルクセンサ２３により検出される。 Thetorque acquisition unit 121 acquires the current torque value at the corresponding joint. The current value of torque for each joint of therobot 2 is detected by atorque sensor 23 provided for each joint.

トルク制御部１２２は、対応する関節でのトルクの現在値及びメイン制御部１１により演算されたトルクの指令値に基づいて、トルク制御の指令値を演算する。トルク制御部１２２は、減算器１２２１及びＰＩ制御部１２２２を有している。 Thetorque control unit 122 calculates a command value for torque control based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value calculated by themain control unit 11 . Thetorque control section 122 has asubtractor 1221 and aPI control section 1222 .

減算器１２２１は、メイン制御部１１により演算されたトルクの指令値から、トルク取得部１２１により取得されたトルクの現在値を減算する。
ＰＩ制御部１２２２は、減算器１２２１による減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、トルク制御の指令値を得る。Thesubtractor 1221 subtracts the current torque value obtained by thetorque obtaining unit 121 from the torque command value calculated by themain control unit 11 .
ThePI control unit 1222 obtains a command value for torque control by performing PI control based on the subtraction result of thesubtractor 1221 .

関節角制御部１２４は、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値に基づいて、角速度制御の指令値を演算する。関節角制御部１２４は、速度変換部１２４１及び速度制御部１２４２を有している。速度制御部１２４２は、減算器１２４３及びＰＩ制御部１２４４を有している。 The jointangle control unit 124 calculates an angular velocity control command value based on the angular velocity command value calculated by themain control unit 11 . The jointangle control section 124 has aspeed conversion section 1241 and aspeed control section 1242 . Thespeed control section 1242 has asubtractor 1243 and aPI control section 1244 .

速度変換部１２４１は、対応する関節での角度の現在値を角速度の現在値に変換する。 Thevelocity conversion unit 1241 converts the current value of the angle at the corresponding joint into the current value of the angular velocity.

減算器１２４３は、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値から、速度変換部１２４１により得られた角速度の現在値を減算する。
ＰＩ制御部１２４４は、減算器１２４３による減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、角速度制御の指令値を得る。Thesubtractor 1243 subtracts the current value of the angular velocity obtained by thevelocity converter 1241 from the command value of the angular velocity calculated by themain controller 11 .
ThePI control unit 1244 obtains a command value for angular velocity control by performing PI control based on the subtraction result of thesubtractor 1243 .

指令値合成部１２５は、トルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値及び関節角制御部１２４により演算された角速度制御の指令値を合成する。図１では、指令値合成部１２５は、加算器１２５１を有する。加算器１２５１は、トルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値と関節角制御部１２４により演算された角速度制御の指令値とを加算する。この指令値合成部１２５による合成結果である指令値（電流指令値）は、モータ２１に出力される。 Thecommand value synthesizer 125 synthesizes the torque control command value calculated by thetorque controller 122 and the angular velocity control command value calculated by thejoint angle controller 124 . In FIG. 1 , commandvalue synthesizing section 125 hasadder 1251 . Theadder 1251 adds the torque control command value calculated by thetorque control unit 122 and the angular velocity control command value calculated by the jointangle control unit 124 . A command value (current command value) as a result of synthesis by the commandvalue synthesizing unit 125 is output to themotor 21 .

次に、図１，２に示す実施の形態１に係るロボット制御装置１の動作例について、図３を参照しながら説明する。
図１，２に示す実施の形態１に係るロボット制御装置１の動作例では、図３に示すように、まず、メイン制御部１１は、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び角速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）を演算する（ステップＳＴ３０１）。Next, an operation example of therobot control device 1 according toEmbodiment 1 shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG.
In the operation example of therobot control device 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. A torque command value and an angular velocity command value (position/orientation control command value) for each joint are calculated based on the current value of the angle of each joint (step ST301).

次いで、関節制御部１２は、対応する関節でのトルクの現在値並びにメイン制御部１１により演算されたトルクの指令値及び角速度の指令値に基づいて、対応する関節に設けられたモータ２１に対する指令値を演算する（ステップＳＴ３０２）。 Next, based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value and the angular velocity command value calculated by themain control unit 11, thejoint control unit 12 issues a command to themotor 21 provided at the corresponding joint. A value is calculated (step ST302).

次に、図１，２に示すメイン制御部１１の動作例について、図４を参照しながら説明する。
図１，２に示すメイン制御部１１の動作例では、図４に示すように、まず、トルク指令値変換部１１１は、力の指令値を、ロボット２が有する関節毎のトルクの指令値に変換する（ステップＳＴ４０１）。図１，２では、係数乗算部１１１１が、力の指令値に対してヤコビ行列の転置行列を乗算する。なお、ヤコビ行列はロボット２の関節の角度によって変わるので、適宜更新する必要がある。また、トルク取得部１２１が取得するトルクの現在値は通常、重力に起因するトルク成分を含むので、このトルク成分を相殺するようトルク指令値にこの重力起因トルク成分の推定値を重畳すると良い。Next, an operation example of themain control section 11 shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG.
In the operation example of themain control unit 11 shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. Convert (step ST401). 1 and 2, thecoefficient multiplier 1111 multiplies the force command value by the transposed matrix of the Jacobian matrix. Note that the Jacobian matrix changes depending on the angles of the joints of therobot 2, so it needs to be updated as appropriate. In addition, since the current value of the torque acquired by thetorque acquisition unit 121 usually includes a torque component caused by gravity, it is preferable to superimpose the estimated value of the torque component caused by gravity on the torque command value so as to cancel out the torque component.

また、位置姿勢演算部１１２は、ロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、ロボット２の位置姿勢の現在値を演算する（ステップＳＴ４０２）。 Further, the position/orientation calculation section 112 calculates the current values of the position/orientation of therobot 2 based on the current values of the angles of the joints of the robot 2 (step ST402).

次いで、位置姿勢制御部１１３は、位置姿勢の指令値及び位置姿勢演算部１１２により演算された位置姿勢の現在値に基づいて、速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）を演算する（ステップＳＴ４０３）。図１，２では、偏差演算器１１３１が、位置姿勢の指令値と位置姿勢の現在値との間の偏差を演算し、係数乗算部１１３２が、偏差演算器１１３１による演算結果の偏差に対してゲインを乗算することで、速度の指令値を得る。なお、位置の偏差は、指令値の座標値から現在値の座標値を減算することで得られる。姿勢の偏差は、現在値の姿勢から指令値の姿勢への回転変換を求めることで得ることができる。 Next, the position/attitude control unit 113 calculates a velocity command value (position/attitude control command value) based on the position/attitude command value and the current position/attitude value calculated by the position/attitude calculation unit 112 (step ST403). 1 and 2, thedeviation calculator 1131 calculates the deviation between the command value of the position and orientation and the current value of the position and orientation, and thecoefficient multiplier 1132 calculates the deviation of the calculation result of thedeviation calculator 1131. By multiplying the gain, the speed command value is obtained. The positional deviation is obtained by subtracting the coordinate value of the current value from the coordinate value of the command value. The attitude deviation can be obtained by calculating the rotational transformation from the current attitude to the commanded attitude.

次いで、指令値変換部１１４は、位置姿勢制御部１１３により演算された速度の指令値を、ロボット２が有する関節毎の角速度の指令値に変換する（ステップＳＴ４０４）。図１，２では、係数乗算部１１４１が、位置姿勢制御部１１３により演算された速度の指令値に対してヤコビ行列の逆行列を乗算することで、関節毎の角速度の指令値を得る。 Next, the commandvalue conversion unit 114 converts the speed command value calculated by the position/orientation control unit 113 into an angular speed command value for each joint of the robot 2 (step ST404). 1 and 2, thecoefficient multiplier 1141 multiplies the speed command value calculated by the position/orientation controller 113 by the inverse of the Jacobian matrix to obtain the angular velocity command value for each joint.

次に、図１，２に示す関節制御部１２の動作例について、図５を参照しながら説明する。
図１，２に示す関節制御部１２の動作例では、図５に示すように、まず、トルク取得部１２１は、対応する関節でのトルクの現在値を取得する（ステップＳＴ５０１）。Next, an operation example of thejoint control section 12 shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG.
In the operation example of thejoint control section 12 shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 5, first, thetorque acquisition section 121 acquires the current torque value at the corresponding joint (step ST501).

次いで、トルク制御部１２２は、対応する関節でのトルクの現在値及びメイン制御部１１により演算されたトルクの指令値に基づいて、トルク制御の指令値を演算する（ステップＳＴ５０２）。図１，２では、減算器１２２１が、メイン制御部１１により演算されたトルクの指令値からトルク取得部１２１により取得されたトルクの現在値を減算し、ＰＩ制御部１２２２が、減算器１２２１による減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、トルク制御の指令値を得る。 Next, thetorque control section 122 calculates a torque control command value based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value calculated by the main control section 11 (step ST502). 1 and 2, thesubtractor 1221 subtracts the current torque value acquired by thetorque acquisition unit 121 from the torque command value calculated by themain control unit 11, and the PI control unit 1222 A command value for torque control is obtained by performing PI control based on the subtraction result.

また、関節角制御部１２４は、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値に基づいて、角速度制御の指令値を演算する（ステップＳＴ５０３）。図１，２では、速度変換部１２４１が、対応する関節での角度の現在値を角速度の現在値に変換し、減算器１２４３が、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値から速度変換部１２４１により得られた角速度の現在値を減算し、ＰＩ制御部１２４４が、減算器１２４３による減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、角速度制御の指令値を得る。 Further, the jointangle control section 124 calculates a command value for angular velocity control based on the command value for the angular velocity calculated by the main control section 11 (step ST503). 1 and 2, avelocity converter 1241 converts the current value of the angle at the corresponding joint into the current value of the angular velocity, and thesubtractor 1243 converts the angular velocity command value calculated by themain controller 11 into the velocity. The current value of the angular velocity obtained by thesection 1241 is subtracted, and thePI control section 1244 performs PI control based on the subtraction result of thesubtractor 1243 to obtain the command value of the angular velocity control.

次いで、指令値合成部１２５は、トルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値及び関節角制御部１２４により演算された角速度制御の指令値を合成する（ステップＳＴ５０４）。図１，２では、加算器１２５１が、トルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値と関節角制御部１２４により演算された角速度制御の指令値とを加算する。この指令値合成部１２５による合成結果である指令値（電流指令値）は、モータ２１に出力される。 Next, thecommand value synthesizer 125 synthesizes the torque control command value calculated by thetorque controller 122 and the angular velocity control command value calculated by the joint angle controller 124 (step ST504). 1 and 2, theadder 1251 adds the torque control command value calculated by thetorque control unit 122 and the angular velocity control command value calculated by the jointangle control unit 124 . A command value (current command value) as a result of synthesis by the commandvalue synthesizing unit 125 is output to themotor 21 .

次に、実施の形態１に係るロボット制御装置１による効果について説明する。
上述したように、従来のロボット制御装置１ｂでは、メイン制御部１１ｂでフィードバック系を構成している。すなわち、このロボット制御装置１ｂでは、ロボット２から物理的にも通信的にも距離のある構成要素でフィードバック制御演算を行うことになる。よって、トルクセンサ２３によるトルクの検出からモータ２１への指令値の入力までの遅延が長くなる。その結果、このロボット制御装置１では、不可避的にむだ時間が入り込む余地が多くなり、安定性を維持できるハイゲイン化を抑制する要因になる。また、むだ時間自体も、リード補償等でキャンセルできる要素ではないため、応答時間への悪影響は避けられない。Next, effects of therobot control device 1 according to the first embodiment will be described.
As described above, in the conventionalrobot control device 1b, themain control section 11b constitutes a feedback system. That is, in thisrobot control device 1b, feedback control calculations are performed by components that are physically and communicatively distant from therobot 2. FIG. Therefore, the delay from the detection of the torque by thetorque sensor 23 to the input of the command value to themotor 21 becomes longer. As a result, in therobot control device 1, there is an unavoidable amount of room for dead time, which is a factor in suppressing a high gain that can maintain stability. In addition, the dead time itself is not a factor that can be canceled by lead compensation or the like, so it cannot be avoided that it adversely affects the response time.

これに対し、実施の形態１に係るロボット制御装置１のように、メイン制御部１１で力制御に対する演算を実施するのではなく、関節制御部１２でトルク制御に対する演算を実施することで、トルクセンサ２３によるトルクの検出からモータ２１への指令値の入力までの遅延が短くなり、むだ時間が入り込む余地を削減できる。すなわち、実施の形態１に係るロボット制御装置１は、安定性を維持できるコントローラのハイゲイン化に相当する調整（関節単位の１変数制御のゲイン調整）も可能になる。このように、実施の形態１に係るロボット制御装置１では、従来構成に対して力制御の性能（特に速応性）の向上が可能となる。 On the other hand, unlike therobot control device 1 according toEmbodiment 1, instead of themain control unit 11 performing calculations for force control, thejoint control unit 12 performs calculations for torque control. The delay from the torque detection by thesensor 23 to the input of the command value to themotor 21 is shortened, and the dead time can be reduced. That is, therobot control device 1 according toEmbodiment 1 can also perform adjustment (gain adjustment of 1-variable control for each joint) equivalent to increasing the gain of the controller capable of maintaining stability. As described above, in therobot control device 1 according toEmbodiment 1, it is possible to improve the force control performance (especially quick response) compared to the conventional configuration.

図６は、実施の形態１に係るロボット制御装置１による効果を説明するための図である。図６Ａは実施の形態１に係るロボット制御装置１を用いた場合でのシミュレーション結果の一例を示す図であり、図６Ｂは従来のロボット制御装置１ｂを用いた場合でのシミュレーション結果の一例を示す図である。図６では、ロボット２で物体をＺ軸方向に押し付けた際のシミュレーション結果を示している。なお、ロボット２による押付け力の目標値は１０［Ｎ］としている。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は時間［ｓ］を示し、縦軸はロボット２によるＺ軸方向への押付け力を示している。
この場合、図６Ｂに示すように、従来のロボット制御装置１ｂを用いた場合には、ロボット２によるＺ軸方向への押付け力が目標値に整定するまでの時間（整定時間）が３．０３［ｓ］となっている。これに対し、図６Ａに示すように、実施の形態１に係るロボット制御装置１を用いた場合には、整定時間が０．４７［ｓ］となっている。すなわち、実施の形態１に係るロボット制御装置１を用いた場合には、従来のロボット制御装置１ｂを用いた場合に対し、ロボット２によるＺ軸方向への押付け力が短い時間で目標値に整定していることがわかる。FIG. 6 is a diagram for explaining the effects of therobot control device 1 according to the first embodiment. FIG. 6A is a diagram showing an example of simulation results when using therobot control device 1 according toEmbodiment 1, and FIG. 6B shows an example of simulation results when using a conventionalrobot control device 1b. It is a diagram. FIG. 6 shows simulation results when therobot 2 presses an object in the Z-axis direction. Note that the target value of the pressing force by therobot 2 is 10 [N]. 6A and 6B, the horizontal axis indicates time [s], and the vertical axis indicates the pressing force of therobot 2 in the Z-axis direction.
In this case, as shown in FIG. 6B, when the conventionalrobot control device 1b is used, the time (settling time) until the pressing force in the Z-axis direction by therobot 2 settles to the target value is 3.03. [s]. On the other hand, as shown in FIG. 6A, when therobot control device 1 according toEmbodiment 1 is used, the settling time is 0.47 [s]. That is, when therobot control device 1 according to the first embodiment is used, the pressing force in the Z-axis direction by therobot 2 settles to the target value in a shorter time than when the conventionalrobot control device 1b is used. I know you are.

また図６Ｂでは、従来のロボット制御装置１ｂにおける、力偏差の算出から速度指令値の算出までのゲインは、－２．０×１０^－３となる。これに対し、図６Ａでは、実施の形態１に係るロボット制御装置１における、力偏差の算出から速度指令値の算出までのゲインに相当する等価ゲインは、－９．２×１０^－３となる。すなわち、実施の形態１に係るロボット制御装置１では、従来のロボット制御装置１ｂに対して高いゲインでの力制御が実現できていることがわかる。なお、実施の形態１に係るロボット制御装置１では、実際には力偏差から速度指令値を算出していないので、上記で示したゲインは実際のゲインではなく換算値である。In FIG. 6B, the gain from the calculation of the force deviation to the calculation of the speed command value in the conventionalrobot control device 1b is -2.0×10^-3 . On the other hand, in FIG. 6A, the equivalent gain corresponding to the gain from the calculation of the force deviation to the calculation of the speed command value in therobot control device 1 according toEmbodiment 1 is −9.2×10⁻³ . . That is, it can be seen that therobot control device 1 according to the first embodiment can achieve force control with a higher gain than the conventionalrobot control device 1b. Note that therobot control device 1 according to the first embodiment does not actually calculate the speed command value from the force deviation, so the gains shown above are not actual gains but converted values.

なお、図１，２に示すロボット制御装置１では、速度制御に関するゲインを０にすることで単体のトルク制御を実現でき、また、トルク制御に関するゲインを０にすることで通常の速度制御を実現できる。 In therobot control device 1 shown in FIGS. 1 and 2, a single torque control can be realized by setting the gain related to speed control to 0, and normal speed control can be realized by setting the gain related to torque control to 0. can.

以上のように、この実施の形態１によれば、ロボット制御装置１は、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボット２が有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値を演算するメイン制御部１１と、ロボット２が有する関節毎に設けられ、対応する関節でのトルクの現在値並びにメイン制御部１１により演算されたトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値に基づいて、対応する関節に設けられたモータ２１に対する指令値を演算する関節制御部１２とを備えた。これにより、実施の形態１に係るロボット制御装置１は、従来構成に対して力制御の性能を向上可能となる。 As described above, according to the first embodiment, therobot control device 1 calculates the force command value, the position/orientation command value, and the current angle value of each joint of therobot 2 . Amain control unit 11 for calculating a command value of torque and a command value for position/orientation control, and a current value of the torque at the corresponding joint provided for each joint of therobot 2 and the torque value calculated by themain control unit 11 . Ajoint control unit 12 for calculating a command value for amotor 21 provided at a corresponding joint based on the command value and the command value for position/orientation control. As a result, therobot control device 1 according to the first embodiment can improve force control performance compared to the conventional configuration.

なお、実施の形態１では関節角制御部１２４が関節制御部１２に設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、関節角制御部１２４はメイン制御部１１に設けられていてもよい。例えば、ロボット２が低速で動作する場合等であれば、関節角制御部１２４がメイン制御部１１に設けられていることによる影響は少ないと考えられる。
また、関節角制御部１２４は必須の構成ではなく、ロボット制御装置１から取除いてもよい。In addition, inEmbodiment 1, the case where the jointangle control section 124 is provided in thejoint control section 12 is shown. However, the present invention is not limited to this, and the jointangle control section 124 may be provided in themain control section 11 . For example, when therobot 2 operates at a low speed, it is considered that the jointangle control section 124 provided in themain control section 11 has little effect.
Also, the jointangle control unit 124 is not an essential component and may be removed from therobot control device 1 .

実施の形態２．
実施の形態１では、関節制御部１２において、メイン制御部１１で演算された角速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）を用いて角速度制御の指令値を演算し、その後、トルク制御の指令値及び角速度制御の指令値を合成する場合を示した。しかしながら、これに限らず、関節制御部１２において、トルク制御の指令値及びメイン制御部１１で演算された角速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）を合成した後、その合成結果を用いて角速度制御の指令値を演算してもよい。
図７，８は実施の形態２に係るロボット制御装置１の構成例を示す図である。図７，８に示す実施の形態２に係るロボット制御装置１は、図１，２に示す実施の形態１に係るロボット制御装置１に対し、関節角制御部１２４及び指令値合成部１２５を指令値合成部１２６及び関節角制御部１２７に変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。Embodiment 2.
In the first embodiment, in thejoint control unit 12, a command value for angular velocity control is calculated using the command value for angular velocity (command value for position/orientation control) calculated by themain control unit 11, and then a command value for torque control is calculated. A case of synthesizing a value and a command value for angular velocity control is shown. However, the invention is not limited to this. A command value for angular velocity control may be calculated.
7 and 8 are diagrams showing configuration examples of therobot control device 1 according to the second embodiment. Therobot control device 1 according toEmbodiment 2 shown in FIGS. Thevalue synthesizing unit 126 and the jointangle control unit 127 are changed. Other configurations are the same, and the same reference numerals are given to omit the description.

指令値合成部１２６は、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値（位置姿勢制御の指令値）及びトルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値を合成する。図８では、指令値合成部１２６は、加算器１２６１を有する。加算器１２６１は、メイン制御部１１により演算された角速度の指令値とトルク制御部１２２により演算されたトルク制御の指令値とを加算する。 The commandvalue synthesizing unit 126 synthesizes the angular velocity command value (position/orientation control command value) calculated by themain control unit 11 and the torque control command value calculated by thetorque control unit 122 . In FIG. 8 , commandvalue synthesizing section 126 hasadder 1261 . Theadder 1261 adds the angular velocity command value calculated by themain control unit 11 and the torque control command value calculated by thetorque control unit 122 .

関節角制御部１２７は、指令値合成部１２６による合成結果に基づいて、角速度制御の指令値を演算する。関節角制御部１２７は、速度変換部１２７１及び速度制御部１２７２を有している。速度制御部１２７２は、減算器１２７３及びＰＩ制御部１２７４を有している。 The jointangle control section 127 calculates a command value for angular velocity control based on the result of synthesis by the commandvalue synthesis section 126 . The jointangle control section 127 has aspeed conversion section 1271 and aspeed control section 1272 . Thespeed control section 1272 has asubtractor 1273 and aPI control section 1274 .

速度変換部１２７１は、対応する関節での角度の現在値を角速度の現在値に変換する。 Thevelocity conversion unit 1271 converts the current value of the angle at the corresponding joint into the current value of the angular velocity.

減算器１２７３は、指令値合成部１２６による合成結果から、速度変換部１２７１により得られた角速度の現在値を減算する。
ＰＩ制御部１２７４は、減算器１２７３による減算結果に基づいてＰＩ制御を行うことで、角速度制御の指令値を得る。
この関節角制御部１２７により演算された角速度制御の指令値（電流指令値）は、対応する関節に設けられたモータ２１に出力される。Asubtractor 1273 subtracts the current value of the angular velocity obtained by thevelocity conversion section 1271 from the synthesis result of the commandvalue synthesis section 126 .
ThePI control unit 1274 obtains a command value for angular velocity control by performing PI control based on the subtraction result of thesubtractor 1273 .
The angular velocity control command value (current command value) calculated by the jointangle control unit 127 is output to themotor 21 provided at the corresponding joint.

このように、実施の形態２に係るロボット制御装置１では、位置姿勢制御の指令値及びトルク制御の指令値を合成し、その合成結果に基づいて角速度制御を実施する。この実施の形態２に係るロボット制御装置１についても、実施の形態１に係るロボット制御装置１と同様の効果が得られる。また、実施の形態２に係るロボット制御装置１は、従来のコンプライアンス制御に近い対応関係となる。 As described above, in therobot control apparatus 1 according to the second embodiment, the command value for position/orientation control and the command value for torque control are combined, and angular velocity control is performed based on the combined result. The same effect as therobot control device 1 according to the first embodiment can be obtained with therobot control device 1 according to the second embodiment. Further, therobot control device 1 according to the second embodiment has a correspondence relationship close to that of conventional compliance control.

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。例えば、実施の形態１，２では関節角制御部が速度制御を行う例を用いて説明したが、加速度又は電流等の他の物理量の制御を介して位置姿勢の制御を行うことも可能である。 In addition, within the scope of the present invention, it is possible to freely combine each embodiment, modify any component of each embodiment, or omit any component in each embodiment. be. For example, inEmbodiments 1 and 2, the joint angle control unit performs velocity control, but it is also possible to control the position and orientation through control of other physical quantities such as acceleration or current. .

１ロボット制御装置
２ロボット
１１メイン制御部
１２関節制御部
２１モータ
２２センサ
２３トルクセンサ
２４エンコーダ
１１１トルク指令値変換部
１１２位置姿勢演算部
１１３位置姿勢制御部
１１４指令値変換部
１２１トルク取得部
１２２トルク制御部
１２３モータ制御部
１２４関節角制御部
１２５指令値合成部
１２６指令値合成部
１２７関節角制御部
１１１１係数乗算部
１１３１偏差演算器
１１３２係数乗算部
１１４１係数乗算部
１２２１減算器
１２２２ＰＩ制御部
１２４１速度変換部
１２４２速度制御部
１２４３減算器
１２４４ＰＩ制御部
１２５１加算器
１２６１加算器
１２７１速度変換部
１２７２速度制御部
１２７３減算器
１２７４ＰＩ制御部1robot control device 2robot 11main control unit 12joint control unit 21motor 22sensor 23torque sensor 24encoder 111 torque commandvalue conversion unit 112 position/attitude calculation unit 113 position/attitude control unit 114 commandvalue conversion unit 121torque acquisition unit 122torque Control unit 123Motor control unit 124 Jointangle control unit 125 Commandvalue synthesis unit 126 Commandvalue synthesis unit 127 Jointangle control unit 1111Coefficient multiplication unit 1131Deviation calculator 1132Coefficient multiplication unit 1141Coefficient multiplication unit 1221Subtractor 1222PI control unit 1241Speed converter 1242Speed controller 1243Subtractor 1244PI controller 1251Adder 1261Adder 1271Speed converter 1272Speed controller 1273Subtractor 1274 PI controller

Claims

Translated fromJapanese

力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボットが複数有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値を演算するメイン制御部と、
前記ロボットが複数有する関節毎に設けられ、関節毎のトルクの現在値を検知可能な手段から取得された対応する関節でのトルクの現在値並びに前記メイン制御部により演算されたトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値に基づいて、対応する関節に設けられたモータに対する指令値を演算する関節制御部とを備え、
前記メイン制御部は、
力の指令値を、ロボットが複数有する関節毎のトルクの指令値に変換するトルク指令値変換部を有し、
前記関節制御部は、
対応する関節でのトルクの現在値及び前記メイン制御部により演算されたトルクの指令値に基づいて、トルク制御の指令値を演算するトルク制御部と、
前記トルク制御部により演算されたトルク制御の指令値と、前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値又は前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値に基づいて速度、加速度、電流又はトルクの制御の指令値を演算する関節角制御部により演算された制御の指令値とを合成する指令値合成部とを有する
ことを特徴とするロボット制御装置。a main control unit that calculates a torque command value and a position/attitude control command value for each joint based on a force command value, a position/posture command value, and a current angle value for each of a plurality of joints of the robot;
A current value of torque at the corresponding joint, which is provided for each of the plurality of joints of the robot and is obtained from means capable of detecting the current value of torque at each joint, and a torque command value calculated by the main control unit; a joint control unit that calculates a command value for a motor provided at a corresponding joint based on a command value for position/orientation control;
The main control unit
a torque command value conversion unit that converts a force command value into a torque command value for each of a plurality of joints of the robot;
The joint control unit is
a torque control unit that calculates a command value for torque control based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value calculated by the main control unit;
Velocity and acceleration based on the torque control command value calculated by the torque control unit, the position/attitude control command value calculated by the main control unit, or the position/attitude control command value calculated by the main control unit and a command value synthesizing unit for synthesizing the control command value calculated by the joint angle control unit for calculating a command value for current or torque control.

前記指令値合成部は、前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値及び前記トルク制御部により演算されたトルク制御の指令値を合成することで、前記モータに対する指令値を得る
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。The command value synthesizing unit obtains a command value for the motor by synthesizing the position/orientation control command value calculated by the main control unit and the torque control command value calculated by the torque control unit. 2. The robot control device according to claim 1.

前記関節制御部は、前記関節角制御部を有し、
前記関節角制御部は、前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値に基づいて、角速度制御の指令値を演算し、
前記指令値合成部は、前記トルク制御部により演算されたトルク制御の指令値及び前記関節角制御部により演算された角速度制御の指令値を合成することで、前記モータに対する指令値を得る
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。The joint control section has the joint angle control section,
The jointangle control unit calculates a command value for angular velocity control based on the command value for position/orientation control calculated by the main control unit,
The command value synthesis unit obtains a command value for the motor by synthesizing the torque control command value calculated by the torque control unit and the angular velocity control command value calculated by the joint angle control unit. 2. The robot control device according to claim 1.

メイン制御部と、ロボットが複数有する関節毎に設けられた関節制御部とを備えたロボット制御装置によるロボット制御方法であって、
前記メイン制御部は、力の指令値及び位置姿勢の指令値並びにロボットが複数有する関節毎の角度の現在値に基づいて、当該関節毎のトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値を演算し、
前記関節制御部は、関節毎のトルクの現在値を検知可能な手段から取得された対応する関節でのトルクの現在値並びに前記メイン制御部により演算されたトルクの指令値及び位置姿勢制御の指令値に基づいて、対応する関節に設けられたモータに対する指令値を演算し、
前記メイン制御部は、
力の指令値を、ロボットが複数有する関節毎のトルクの指令値に変換するトルク指令値変換部を有し、
前記関節制御部は、
対応する関節でのトルクの現在値及び前記メイン制御部により演算されたトルクの指令値に基づいて、トルク制御の指令値を演算するトルク制御部と、
前記トルク制御部により演算されたトルク制御の指令値と、前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値又は前記メイン制御部により演算された位置姿勢制御の指令値に基づいて速度、加速度、電流又はトルクの制御の指令値を演算する関節角制御部により演算された制御の指令値とを合成する指令値合成部とを有する
ことを特徴とするロボット制御方法。A robot control method by a robot control device including a main control unit and a joint control unit provided for each of a plurality of joints of the robot,
The main control unit calculates a torque command value and a position/attitude control command value for each joint based on a force command value, a position/posture command value, and a current angle value for each of a plurality of joints of the robot. ,
The joint control unit controls the current torque values at the corresponding joints obtained from means capable of detecting the current torque values of the joints, the torque command values calculated by the main control unit, and the position/orientation control commands. Based on the value, calculate the command value for the motor provided in the corresponding joint,
The main control unit
a torque command value conversion unit that converts a force command value into a torque command value for each of a plurality of joints of the robot;
The joint control unit is
a torque control unit that calculates a command value for torque control based on the current torque value at the corresponding joint and the torque command value calculated by the main control unit;
Velocity and acceleration based on the torque control command value calculated by the torque control unit, the position/attitude control command value calculated by the main control unit, or the position/attitude control command value calculated by the main control unit and a command value synthesizing unit for synthesizing the control command value calculated by the joint angle control unit for calculating the current or torque control command value.