JPH02224991A - Method for identifying moment of inertia of robot arm using machine resonance - Google Patents

Method for identifying moment of inertia of robot arm using machine resonance

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JPH02224991A
JPH02224991A JP4773989A JP4773989A JPH02224991A JP H02224991 A JPH02224991 A JP H02224991A JP 4773989 A JP4773989 A JP 4773989A JP 4773989 A JP4773989 A JP 4773989A JP H02224991 A JPH02224991 A JP H02224991A
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JP
Japan
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inertia
moment
joint
motor
link
Prior art date
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JP4773989A
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Japanese (ja)
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Shinji Wakui
伸二 涌井
Hironori Yamamoto
浩令 山本
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Abstract

PURPOSE:To carry out the identification of the moment of inertia of a robot arm simply and with high accuracy by detecting motion which is generated by a motor with respect to an adjacent link by means of an acceleration pickup and applying the signal thereof to the joint motor of the adjacent link as normal feedback. CONSTITUTION:Motion that the joint motor 5 of a link 6 to be measured generates with respect to an adjacent link 3 is detected by an acceleration pickup 20, and applied to the joint motor 2 of the adjacent link 3 as normal feedback. As a result, the generation of coupled vibration is suppressed to obtain an accurate fixed value.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ロボットアームの慣性モーメントの同定方法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] This article relates to a method for identifying the moment of inertia of a robot arm.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、単一のモータール負荷系の動特性モデルを用
いて、負荷の質量が変動したときその共振周波数が変化
する性質を利用する慣性モーメントの同定方法において
、測定対象の関節モーターを駆動し、前記モーターが隣
接するリンクに対して発生する強制振動を加速度ピック
アップにて検出し、その信号を前記リンクの関節モータ
ーに正帰還として加えることにより、前記強制振動によ
り発生する達成振動の影響を抑制し、正確な慣性モーメ
ントを求めるものである。
The present invention uses a dynamic characteristic model of a single motor load system to drive a joint motor to be measured in a moment of inertia identification method that utilizes the property that the resonance frequency changes when the mass of the load changes. By detecting the forced vibration generated by the motor in relation to the adjacent link using an acceleration pickup and applying the signal as positive feedback to the joint motor of the link, the influence of the achieved vibration generated by the forced vibration can be reduced. This is to obtain an accurate moment of inertia.

〔従来の技術] 産業用あるいは研究開発用ロボットの高速かつ高精度な
制御を行うためには、ロボットアームの慣性モーメント
を正確に同定する必要があり、従来いくつかの方法が採
られていた。
[Prior Art] In order to control industrial or research and development robots at high speed and with high precision, it is necessary to accurately identify the moment of inertia of a robot arm, and several methods have been used in the past.

具体的には図面を基に計算により求める方法、また、慣
性モーメント測定装置番、こより求める方法、ロボット
アームの動特性モデルと実験結果を照合して解析的に求
める方法などがあった。
Specifically, there were methods to calculate it based on drawings, methods to find it from the moment of inertia measuring device number, and methods to find it analytically by comparing the dynamic characteristic model of the robot arm with experimental results.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら図面を基に計算によって求める方法は、機
械体が極めて高精度に作られていることを前提としてお
り、実際のロボットに対しては、精度良い値が得られな
いという欠点があった。また計算に要する手間が非常に
大きいという欠点があった。更にはロボットの使用者が
そのロボットの設計図を所有していない場合には採り得
ない手段であった。
However, the method of calculating by calculation based on drawings assumes that the mechanical body is made with extremely high precision, and has the drawback that accurate values cannot be obtained for actual robots. Another disadvantage is that the calculation requires a lot of effort. Furthermore, this method cannot be taken if the user of the robot does not own the blueprints for the robot.

また現在の慣性モーメント測定装置は軸状で単純な形状
の部品の慣性モーメントを測定することに適しており、
ロボットアームなどの複雑な形状の機械体の測定には適
用が困難であり、更には高価な測定装置が必要となる、
などの欠点があった。またロボットアームの動特性と実
験結果がら解析的に求める方法では、例えばエネルギー
保存則を使って慣性モーメントを求める手法(計測自動
制御学会論文集Vol 22−6、pp、 637−6
43,1987)が提案されている。しかしながらこの
手法は粘性摩擦係数や動摩擦トルク等の非線形要素に対
して充分に配慮されておらず、ロボットアームのように
非線形要素の大きい機械体の慣性モーメントは精度良く
同定できないという欠点があった。
In addition, current moment of inertia measurement devices are suitable for measuring the moment of inertia of shaft-shaped parts with simple shapes.
It is difficult to apply to measuring mechanical bodies with complex shapes such as robot arms, and furthermore, expensive measuring equipment is required.
There were drawbacks such as. In addition, there is a method of analytically determining the moment of inertia using the law of conservation of energy (Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 22-6, pp. 637-6).
43, 1987) has been proposed. However, this method does not give sufficient consideration to nonlinear elements such as the viscous friction coefficient and dynamic friction torque, and has the disadvantage that the moment of inertia of a mechanical body with large nonlinear elements such as a robot arm cannot be accurately identified.

更に、非線形要素の影響を受けない同定法として、測定
対象となるリンク以外の関節軸を機械的に固定して、測
定するリンクの関節モーターを駆動する時、ロボットア
ームが無負荷の場合と負荷を持った場合でアームの共振
周波数が変化することに着目してリンクの慣性モーメン
トを求める手法が提案されている(日本ロボット学会紙
Vo16、No、 4、pp、 282−291 、1
988) 、この方法は、第2図に示すようなロボット
アームの慣性モーメント測定に際して測定対象以外の関
節モーターを全て固定し、等測的に第3図(a)のごと
く単一のモータール負荷系とみなして、その機械共振モ
デルにより慣性モーメントを求めるものである。
Furthermore, as an identification method that is not affected by nonlinear elements, when the joint axes of the link other than the link to be measured are mechanically fixed and the joint motor of the link to be measured is driven, the robot arm is unloaded and loaded. A method has been proposed to calculate the moment of inertia of the link by focusing on the fact that the resonant frequency of the arm changes when the arm is held (Robot Society of Japan Paper Vol. 16, No. 4, pp. 282-291, 1
988), in this method, when measuring the moment of inertia of a robot arm as shown in Fig. 2, all joint motors other than the one to be measured are fixed, and a single motor load is measured isometrically as shown in Fig. 3(a). The moment of inertia is determined using the mechanical resonance model of the system.

般にエンコーダとモーターの結合はモータール負荷間の
結合よりはるかに強固であり、一体と考えて良い。
Generally, the connection between the encoder and motor is much stronger than the connection between the motor load and can be considered as one unit.

しかしながらこの方法は、測定対象ではない関節軸が機
械的に充分に固定されていない場合、測定するリンクの
運動が隣接する関節軸に伝達され、達成振動が発生して
測定精度が劣下するという現象があった。更にこの方法
は、関節軸を固定するための治具あるいはロボットアー
ムの改造を必要とし、治具あるいは改造を加えることに
よって測定対象自体の慣性モーメントが変わってしまう
という問題点があった。
However, with this method, if the joint axis that is not the target of measurement is not mechanically fixed sufficiently, the movement of the link to be measured will be transmitted to the adjacent joint axis, resulting in vibrations that will occur and the measurement accuracy will deteriorate. There was a phenomenon. Furthermore, this method requires modification of the jig or robot arm for fixing the joint axes, and there is a problem in that adding the jig or modification changes the moment of inertia of the object to be measured itself.

[問題点を解決するための手段] 上記の問題点を解決するため、本発明では、測定対象の
関節モーターを駆動し、前記モーターが隣接するリンク
に対して発生する強制振動を加速度ピックアップにて検
出し、その信号を隣接するリンクの関節モーターに正帰
還として加えることとした。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention drives a joint motor to be measured, and uses an acceleration pickup to detect forced vibrations generated by the motor in relation to adjacent links. We decided to detect the signal and apply it as positive feedback to the joint motor of the adjacent link.

[作用] 上記のように、測定するリンクの有する関節モターが隣
接するリンクに対して発生する運動を加速度ピックアッ
プにて検出して隣接するリンクの関節モーター壁正帰還
として加えることにより、速成振動の発生が抑制されて
正確な同定値が得られる。この作用の原理を第3図(b
)を用いて説明する。第2図において、第2の関節軸1
5に対する慣性モーメントを求めるものとする。測定時
には第1の関節軸14は固定し第2の関節軸15の第2
関節モーター5を駆動する。ここで−般に関節部の剛性
はリンクの剛性よりもかなり低いため、第2図のような
リンク機構は第3図(b)のように複数のバネ−質量系
としてモデル化され、第1の関節軸14が充分に固定さ
れていない場合に第2関節モーター5が駆動されると、
その振動が第1の関節軸14の第1バネ要素25に伝達
されて達成振動が発生するのである。
[Effect] As mentioned above, by detecting the motion generated by the joint motor of the link to be measured relative to the adjacent link using an acceleration pickup and applying it as positive feedback to the joint motor wall of the adjacent link, the rapid vibration is occurrence is suppressed and accurate identification values can be obtained. The principle of this action is shown in Figure 3 (b
). In FIG. 2, the second joint axis 1
Let us find the moment of inertia for 5. During measurement, the first joint shaft 14 is fixed and the second joint shaft 15 is fixed.
The joint motor 5 is driven. Since the stiffness of the joint is generally much lower than that of the link, the link mechanism shown in Fig. 2 is modeled as a plurality of spring-mass systems as shown in Fig. 3(b). If the second joint motor 5 is driven when the joint shaft 14 of is not sufficiently fixed,
The vibration is transmitted to the first spring element 25 of the first joint shaft 14, and the achieved vibration is generated.

本発明によれば第1リンク3に加速度ピックアップを取
り付けて第2関節モーター5の運動を検出し、その信号
を第1関節モーター2に正帰還することにより、第1の
関節軸14を第1リンク3の運動と同期的に動かして、
第1の関節軸14の第1バネ要素25の変位を微小なも
のとして速成振動を抑制し、正確に慣性モーメントを同
定することができるのである。更にはロボットアームの
改造や特別の治具を必要としないため、簡便かつ低コス
トに測定することができるのである。
According to the present invention, an acceleration pickup is attached to the first link 3 to detect the movement of the second joint motor 5, and the signal is positively fed back to the first joint motor 2, so that the first joint axis 14 is Move synchronously with the movement of link 3,
By making the displacement of the first spring element 25 of the first joint shaft 14 minute, rapid vibration can be suppressed and the moment of inertia can be accurately identified. Furthermore, since there is no need to modify the robot arm or use special jigs, measurements can be performed easily and at low cost.

[実施例] 本発明の内容を図面に基づいて説明する。第2図は水平
方向に3つの関節、垂直方向に1つの関節を有する、一
般にスカラ型ロボットと呼ばれているロボットの外観図
である。このロボットの水平回転関節に対する慣性モー
メントを求めることとする。第3図(b)は上記のスカ
ラ型ロボットをモデル化したものである。ここで第3の
関節軸16はロボット先端軸であり、無負荷の状態を考
えているので、モデル中では単なる質量として第2リン
ク6の質量m2に加えている。図において01は第、の
関節軸の変位、k3は第1バネ要素のバネ定数、B1は
第、バネ要素の粘性摩擦係数、mlは第、リンクの質量
、工1は第、リンクの重心まわりの慣性モーメント、d
lは第1はリンクの長さ、S、は第1 リンクの重心位
置である。またfclを第1の関節軸のクーロン摩擦ト
ルク、D、を第、の関節軸の粘性摩擦係数とする。
[Example] The contents of the present invention will be explained based on the drawings. FIG. 2 is an external view of a robot generally called a SCARA type robot, which has three joints in the horizontal direction and one joint in the vertical direction. Let us find the moment of inertia of this robot with respect to the horizontal rotation joint. FIG. 3(b) is a model of the above-mentioned SCARA type robot. Here, the third joint axis 16 is the robot tip axis, and since we are considering an unloaded state, it is added to the mass m2 of the second link 6 as a mere mass in the model. In the figure, 01 is the displacement of the 1st joint axis, k3 is the spring constant of the 1st spring element, B1 is the viscous friction coefficient of the 1st spring element, ml is the mass of the 1st link, and 1 is the circumference of the center of gravity of the 1st link. moment of inertia, d
l is the length of the first link, and S is the position of the center of gravity of the first link. Further, fcl is the Coulomb friction torque of the first joint axis, and D is the viscous friction coefficient of the second joint axis.

ここでバネ要素は具体的には減速機としてほとんどのロ
ボットで使われている歯車部品により発生する。このモ
デルより運動方程式を導出すると、式(1)となる。
Here, the spring element is specifically generated by a gear component, which is used in most robots as a speed reducer. When the equation of motion is derived from this model, it becomes Equation (1).

て、=J、、(B2)θ 一2m2 d+  B2 −m2 d+  B2 5 J12(B2 )θ +m2d +  32  S + J +□(B2 )B2 sin B2 × 01 B2 1 n B2 × B1 θ+fe+ + J 2□θ2 1nθ2 ×θ〒 ・・・ (1) + D 2  B2 +’fc2 式(1)において第1及び第2の関節軸14.15の有
効慣性Jll、J22、第1及び第2の関節軸14.1
5間の相互慣性J1゜は次式となる。
=J,, (B2) θ -2m2 d+ B2 -m2 d+ B2 5 J12 (B2 ) θ +m2d + 32 S + J +□ (B2 ) B2 sin B2 × 01 B2 1 n B2 × B1 θ+fe+ + J 2 □θ2 1nθ2 ×θ〒 ... (1) + D 2 B2 +'fc2 In equation (1), the effective inertia Jll of the first and second joint axes 14.15, J22, the first and second joint axes 14.1
The mutual inertia J1° between 5 is given by the following formula.

Jl、(B2 )二〇+2βcos θ2J、2(B2
 )=γ+βcos B2  ・・・ (2)J2゜(
B2 )=J2□=γ ただし、a、β、γは次式で決まる係数である。
Jl, (B2)20+2βcos θ2J, 2(B2
)=γ+βcos B2... (2) J2゜(
B2)=J2□=γ However, a, β, and γ are coefficients determined by the following equation.

a=I+ +m+ S+”+I2+m2fd+”+S+
”)β=m2al B2         ・= (3
)γ: ■2 + m2 S 2 従ってα、β、γが求まれば、各関節軸の慣性モーメン
トを式(2)に従って求めることが出来る。
a=I+ +m+ S+"+I2+m2fd+"+S+
”) β=m2al B2 ・= (3
) γ: ■2 + m2 S 2 Therefore, once α, β, and γ are determined, the moment of inertia of each joint axis can be determined according to equation (2).

ここで単一の(負荷〜モータルエンコーグ)の系を考え
たとき、第3図(a)のようにモデル化される。負荷2
9、モーター28、エンコーダ27はそれぞれ慣性モー
メントJ、、J、J、を持ち、図に示すバネ定数と粘性
係数を持つシャフトで連結されている。一般にエンコー
ダの慣性モーメントは負荷やモーターの慣性モーメント
よりも充分に小さい。またシャフトの粘性係数はほぼ零
と見なしてもよく、モーターとエンコーダの結合はモー
ターと負荷の結合よりも数段強固でありKffl−)K
−1と見なしてよい。この近似の下で共振周波数は、次
式のように導出される。
When considering a single system (load to mortal encoder), it is modeled as shown in FIG. 3(a). load 2
9, the motor 28, and the encoder 27 each have a moment of inertia J, , J, J, and are connected by a shaft having a spring constant and a viscosity coefficient shown in the figure. Generally, the moment of inertia of an encoder is sufficiently smaller than the moment of inertia of a load or a motor. Also, the viscosity coefficient of the shaft can be considered to be almost zero, and the connection between the motor and encoder is much stronger than the connection between the motor and load, and Kffl-)K
It can be considered as -1. Under this approximation, the resonant frequency is derived as follows.

式(4)より明らかに、負荷の質量が変化したとき、f
、、f2の値が変化する。この機械共振の性質を用いて
前述のα、β、γを求める。以後f1のことをノツチ周
波数と呼ぶ。第3図(b)のモデルに、新たに負荷mを
ロボットアーム先端に付与したとき、運動方程式(1)
は、次式のように修正される。
Equation (4) clearly shows that when the mass of the load changes, f
, , the value of f2 changes. The above-mentioned α, β, and γ are determined using the properties of this mechanical resonance. Hereinafter, f1 will be referred to as the notch frequency. When a new load m is applied to the tip of the robot arm in the model shown in Figure 3(b), the equation of motion (1)
is modified as follows.

J、、(θり=J、+(B2) +Im+m(d+”+
d2 +2al d2CO6θ2) Jl。(B2)=J、2(B2)+Im+m  (d2
”+d+  d2 cos θ2 )い。(6)式より
γは、式(7)と求められる。
J,, (θri=J, +(B2) +Im+m(d+”+
d2 +2al d2CO6θ2) Jl. (B2)=J, 2(B2)+Im+m (d2
"+d+ d2 cos θ2 )". From equation (6), γ is determined as equation (7).

とにより変化した第1及び第2の関節軸14.15の有
効慣性及び第1及び第2の関節軸14.15間の相互慣
性である。実際にロボット先端に負荷を加えて共振周波
数を求め、この式(5)と上記の式(4)を用いてα、
β、γを算出する。まず第1の関節軸14を固定し、無
負荷と負荷を加えた場合の第2の関節軸15のノツチ周
波数を測定する。このノツチ周波数は式(4)、(5)
より次式となる。
The effective inertia of the first and second articulation axes 14.15 and the mutual inertia between the first and second articulation axes 14.15 are changed by. Actually apply a load to the robot tip to find the resonant frequency, and use this equation (5) and the above equation (4) to calculate α,
Calculate β and γ. First, the first joint shaft 14 is fixed, and the notch frequency of the second joint shaft 15 is measured when no load is applied and when a load is applied. This notch frequency is calculated using equations (4) and (5).
Therefore, the following formula is obtained.

f +2+ = (k2/γ)”2/2πfm+z+=
 (k2 /fy+ 1 m+md2”) ) ”2/
2x・・・(6) ここでf 1+ は無負荷の場合のノツチ周波数、f 
M+21は負荷を加えた場合のノツチ周波数である。ま
た第2の関節軸15のバネ定数に2は負荷の有無あるい
はアームの姿勢によって変化しな・・・ (7) 次に第2の関節軸15を02=0、即ちアームを真直に
伸ばした状態に固定し、無負荷と負荷を加えた場合の第
1の関節軸14のノツチ周波数f n+ 、 fmN+
を測定する。更に第2の関節軸15を他の角度θ2とし
、無負荷の状態でのノツチ周波数f (+Bを求める。
f +2+ = (k2/γ)”2/2πfm+z+=
(k2 /fy+ 1 m+md2") "2/
2x...(6) Here, f 1+ is the notch frequency in the case of no load, f
M+21 is the notch frequency when a load is applied. Also, the spring constant of 2 for the second joint axis 15 does not change depending on the presence or absence of a load or the posture of the arm... (7) Next, set the second joint axis 15 to 02=0, that is, the arm is extended straight. Notch frequencies f n+ , fmN+ of the first joint shaft 14 when fixed in the state, no load and load applied
Measure. Furthermore, the second joint axis 15 is set at another angle θ2, and the notch frequency f (+B) in a no-load state is determined.

ただしθ2≠0とする。However, θ2≠0.

これらのf n+ 、 fmn+、f (Ill、θ2
及び式(4)、(5)よりβは次式となる。
These f n+ , fmn+, f (Ill, θ2
From equations (4) and (5), β becomes the following equation.

f +?++ (f +?1   f mn+)更にα
は次式となる。
f+? ++ (f +?1 f mn+) further α
is the following formula.

f’(B−f二N+   ・・・(9)このようにα、
β、γが求められ、これらの値を式(2)に代入すれば
、各関節軸の慣性モーメントが同定されたことになる。
f'(B-f2N+...(9) Thus α,
By determining β and γ and substituting these values into equation (2), the moment of inertia of each joint axis has been identified.

この同定法では、慣性項の物理パラメータの質量、リン
ク長、重心位置を個別に同定するのではなく、α、β、
γで示したまとまりとして求めており、−括して求める
ことにより誤差の蓄積を防ぎ、更に同定に要する時間及
び費用を削減出来るという利点を有する。実際の測定に
際して関節軸の固定を機械的に行おうとすると、ロボッ
トの改造や特別な治具が必要となり、また速成振動が発
生する可能性が高い。第4図は達成振動が存在しない場
合と存在する場合の比較を第2の関節軸15のノツチ周
波数に対して行なったものである。横軸に第2の関節軸
15の角度θ2をとり、負荷時と無負荷時の第2の関節
軸15のノツチ周波数の変化を示している。達成振動の
存在によりノツチ周波数が大きく変化することがわかる
。また機械的固定ではなく、固定するべき関節軸に高ゲ
インの位置サーボをかけて、電気的に実現しようとして
も、そもそも関節軸のバネ要素はサーボループ外に存在
するため、何等効果を発揮しない。
In this identification method, instead of identifying the physical parameters of the inertial term such as mass, link length, and center of gravity position individually, α, β,
It is obtained as a group indicated by γ, which has the advantage of preventing the accumulation of errors and further reducing the time and cost required for identification. If an attempt is made to fix the joint axes mechanically during actual measurements, it will be necessary to modify the robot or use a special jig, and there is a high possibility that rapid vibration will occur. FIG. 4 shows a comparison of the notch frequency of the second joint shaft 15 between the case where the achieved vibration does not exist and the case where the achieved vibration exists. The angle θ2 of the second joint axis 15 is plotted on the horizontal axis, and the change in the notch frequency of the second joint axis 15 under load and under no load is shown. It can be seen that the notch frequency changes greatly depending on the presence of the achieved vibration. Furthermore, even if you try to achieve this electrically by applying a high-gain position servo to the joint axis to be fixed instead of mechanically fixing it, it will not have any effect because the spring element of the joint axis exists outside the servo loop in the first place. .

第1図は本発明にかかる測定装置の構成図である。本発
明では、第1リンク3の動きに沿うように、第1関節モ
ータ2を駆動して、ここに介在しているバネ要素が作用
しないようにすることにより、第2の関節軸15の周波
数特性を測定するときの、第1リンク3の振動による速
成振動の影響を除去するものである。第1リンク3の振
動は加速度ピックアップ20を装着して計測すればよい
FIG. 1 is a configuration diagram of a measuring device according to the present invention. In the present invention, the frequency of the second joint axis 15 is increased by driving the first joint motor 2 along the movement of the first link 3 so that the spring element interposed therein does not act. This eliminates the influence of rapid vibration caused by the vibration of the first link 3 when measuring characteristics. The vibration of the first link 3 may be measured by attaching an acceleration pickup 20.

上記のことを、理論的に述べると以下のようになる。い
ま第1図の第1の関節軸14の部分について、第3図(
a)のモデルを考えて、その運動方程式をラプラス変換
形式で記述すると次式となる。
The above can be described theoretically as follows. Regarding the part of the first joint shaft 14 in FIG. 1, FIG. 3 (
Considering the model a), the equation of motion is written in Laplace transform form as follows.

iKt  =  (JfflS”+DfflS+Kml
/N2)  θm−に、、/N・θ1T、5+s= (
J+s2+D+s+Km+)θ、−Kffi、/N−θ
iKt = (JfflS”+DfflS+Kml
/N2) θm-, /N・θ1T, 5+s= (
J+s2+D+s+Km+)θ, -Kffi, /N-θ
.

・・・ (10) ただし前記のようにBffl、、Bイ、はほぼ零とし、
モーターとエンコーダは一体であると考える。1はモー
ター電流、Kえはトルク定数、Nは減速比、T6□は第
2の関節軸15の強制振動の反力が第1リンク3に及ぼ
すトルクを想定するための外乱である。またモータの粘
弾性係数をD□、負荷の粘弾性係数をDlとしている。
... (10) However, as mentioned above, Bffl,, B, are almost zero,
Think of the motor and encoder as one. 1 is the motor current, K is the torque constant, N is the reduction ratio, and T6□ is a disturbance for assuming the torque exerted on the first link 3 by the reaction force of the forced vibration of the second joint shaft 15. Further, the viscoelastic coefficient of the motor is D□, and the viscoelastic coefficient of the load is Dl.

ここで、 1=Kv(K、s2θ1+KcS  θ、)    −
(11)のフィードバックをかける。KV、に、、に、
はフィードバックゲインである。すると、外乱T0.か
らSθi、seイまでの伝達関数はそれぞれ次式となる
Here, 1=Kv(K, s2θ1+KcS θ,) −
Apply the feedback in (11). KV, ni, ni,
is the feedback gain. Then, the disturbance T0. The transfer functions from Sθi to sei are as follows.

・・・ (12) ただし、 D(sl=JIJ+nS”+(Jl (Dm−KtKJ
sl+JmD+)  S2+(JIKffll/N2 
+  DI(Dm −KtKvKsl”JmKmKff
llKtKVKl/N)+S+KffllDl/N2+
に、、FD□−に、に、に、l          ・
・・ (13)である。上式より、速度偏差をseとお
けば、se= sθm/N−se ・・・ (14) となるので、 K、=NJ、/に、Kv、  K、=D、/に、に、 
 ・(15)と選ぶことができれば、理想状態では外乱
T dimの入力に対して恒等的に速度偏差を零とする
ことができる。すなわち第1リンク3の運動にあわせて
第1関節モーター2を一体に動かすことができるので、
ここに介在しているバネ要素が低剛性として作用するこ
とはなくなる。したがって第1の関節軸に関する機械共
振は発生しないので、第2の関節軸の周波数特性測定時
にこれが速成振動として影響することはなくなる。
... (12) However, D(sl=JIJ+nS"+(Jl (Dm-KtKJ
sl+JmD+) S2+(JIKffll/N2
+ DI(Dm −KtKvKsl”JmKmKff
llKtKVKl/N)+S+KffllDl/N2+
ni, FD□-ni, ni, ni, l ・
... (13). From the above equation, if the speed deviation is set as se, then se = sθm/N-se... (14) Therefore, K, = NJ, /, Kv, K, = D, /,
- If (15) can be selected, the speed deviation can be made constant to zero in response to the input of the disturbance T dim in the ideal state. In other words, the first joint motor 2 can be moved together with the movement of the first link 3.
The spring element interposed here no longer acts as a low rigidity. Therefore, since no mechanical resonance occurs regarding the first joint axis, this does not affect the frequency characteristics of the second joint axis as rapid vibrations.

しかし、このときの分母多項式D (s)はD(S)・
(Jls + 01)(Jms2+ Km+/N”) 
 ・= (16)となり、D (s)が不安定な極を持
つため安定性が問題となるが、(11)式の信号を適当
なフィルタに通してダンピングを付与すれば安定性は確
保される。
However, the denominator polynomial D (s) in this case is D(S)・
(Jls + 01) (Jms2+ Km+/N”)
・= (16), and stability becomes a problem because D (s) has an unstable pole, but stability can be ensured by applying damping to the signal in equation (11) by passing it through an appropriate filter. Ru.

第1図は本発明にかかる測定装置の構成図である。周波
数分析機13により第2の関節軸を加振し、第2エンコ
ーダ4の出力をF/V変換して速度信号としふたたび周
波数分析機13に取り込んでノツチ周波数を測定する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a measuring device according to the present invention. The second joint axis is vibrated by the frequency analyzer 13, and the output of the second encoder 4 is subjected to F/V conversion and is taken into the frequency analyzer 13 again as a speed signal to measure the notch frequency.

第1リンク3には加速度ピックアップ20が取り付けら
れ、第2の関節軸の運動を加速度信号として検出し、フ
ィルタ22を通して第1の関節軸の第1関節モーター2
に正帰還する。また第1エンコーダ1から得られた速度
信号も第1関節モーター2に正帰還する。このように第
1の関節軸に対してサーボ系を構成すると、第1の関節
軸は第1リンク3を介して伝達される第2の関節軸の運
動に同期して動くように制御され、第1の関節軸と第1
リンク3の間のバネ要素の変位を極めて小さく抑制する
ことが可能となり、精度良くノツチ周波数を求めること
が出来、慣性モーメントの同定精度を向上させることが
出来るのである。
An acceleration pickup 20 is attached to the first link 3, which detects the motion of the second joint axis as an acceleration signal, and passes the signal through a filter 22 to the first joint motor 2 of the first joint axis.
Please leave positive feedback. Further, the speed signal obtained from the first encoder 1 is also positively fed back to the first joint motor 2. When a servo system is configured for the first joint axis in this way, the first joint axis is controlled to move in synchronization with the movement of the second joint axis transmitted via the first link 3, The first joint axis and the first
The displacement of the spring element between the links 3 can be suppressed to an extremely small value, the notch frequency can be determined with high accuracy, and the accuracy of identifying the moment of inertia can be improved.

[発明の効果] 以上のように本発明によれば、ロボットの改造や特別な
治具を必要とせず、更に粘性摩擦係数や動摩擦トルク等
の非線形要素の影響を受けずに、高精度かつ簡便にロボ
ットアームの慣性モーメントの同定が行えるのである。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, high accuracy and simple operation can be achieved without requiring modification of the robot or special jigs, and without being affected by nonlinear elements such as viscous friction coefficient and dynamic friction torque. Therefore, the moment of inertia of the robot arm can be identified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかかる慣性モーメント測定装置の構成
図、第2図はスカラ型ロボットの外観図、第3図(a)
は単一の負荷〜モータルエンコーダ系のモデルを示す図
、第3図(b)は複数の負荷〜モーフ系のモデルを示す
図、第4図は連成振動のノツチ周波数に対する影響を示
す図である。 以上
Figure 1 is a configuration diagram of a moment of inertia measuring device according to the present invention, Figure 2 is an external view of a SCARA robot, and Figure 3 (a).
is a diagram showing a model of a single load-mortal encoder system, Figure 3 (b) is a diagram showing a model of a multiple load-morph system, and Figure 4 is a diagram showing the influence of coupled vibration on the notch frequency. be. that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ロボットアームの慣性モーメント測定に際して測定対象
の関節モーター以外の関節モーターを全て固定し、単一
のモーター〜負荷系とみなして、その機械共振モデルに
より慣性モーメントを求めるロボットアームの慣性モー
メント同定方法において、 測定対象の関節モーターを駆動し、該モーターが隣接す
るリンクに対して発生する運動を加速度ピックアップに
て検出し、その信号を隣接するリンクの関節モーターに
正帰還として加えることを特徴とする機械共振を用いた
ロボットアームの慣性モーメントの同定方法。
[Claims] When measuring the moment of inertia of a robot arm, all joint motors other than the joint motor to be measured are fixed, and the moment of inertia of the robot arm is determined using a mechanical resonance model, considering it as a single motor-load system. In the moment of inertia identification method, the joint motor to be measured is driven, the motion that the motor generates with respect to the adjacent link is detected by an acceleration pickup, and the signal is applied as positive feedback to the joint motor of the adjacent link. A method for identifying the moment of inertia of a robot arm using mechanical resonance.
JP4773989A 1989-02-28 1989-02-28 Method for identifying moment of inertia of robot arm using machine resonance Pending JPH02224991A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10329063A (en) * 1997-05-28 1998-12-15 Yaskawa Electric Corp Robot control device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10329063A (en) * 1997-05-28 1998-12-15 Yaskawa Electric Corp Robot control device

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