JPH09212203A - Robot controller - Google Patents

Robot controller

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Publication number
JPH09212203A
JPH09212203A JP8158080A JP15808096A JPH09212203A JP H09212203 A JPH09212203 A JP H09212203A JP 8158080 A JP8158080 A JP 8158080A JP 15808096 A JP15808096 A JP 15808096A JP H09212203 A JPH09212203 A JP H09212203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
servo motor
estimated
angular velocity
robot
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP8158080A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotaka Yamada
浩貴 山田
Taiichi Kusano
泰一 草野
Yoshiyuki Urakawa
禎之 浦川
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP8158080A priority Critical patent/JPH09212203A/en
Publication of JPH09212203A publication Critical patent/JPH09212203A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the vibration of a robot-side driving part and speed up the positioning of this driving part by providing a torsion angle and disturbance estimating means which estimates the angle of torsion and disturbance at the same time. SOLUTION: This controller is equipped with a torsion angle and disturbance observer 7, feedforward part 8, and a control part 9. Then the observer 7 estimates the angle and angular velocity of the 2nd arm of a robot to be controlled and the angular velocity and disturbance torque of the servomotor by constituting a minimum-dimensional observer for the robot. Consequently, the vibration of the robot-side 2nd arm is suppressed and the positioning of the robot-side 2nd arm is speeded up by performing control which is tolerant of disturbance over the 2-inertia robot which is low in rigidity. Therefore, the operation efficiency of the assembly, etc., of electronic components by the robot can be improved by this robot controller.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、組み立てロボット
等の、高速な位置決めの必要なロボットに用いて好適な
ロボット制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot controller suitable for use in a robot requiring high-speed positioning, such as an assembly robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のロボット制御装置においては、い
わゆるPID制御と呼ばれる制御系が用いられていた。
PID制御は、サーボモータの角度と目標角度の差の比
例(Proportion)と積分(Integrat
ion)と時間微分(Differentiatio
n)とによる制御系である。
2. Description of the Related Art In a conventional robot controller, a control system called PID control has been used.
PID control is based on the proportionality (Proportion) and integration (Integrat) of the difference between the angle of the servomotor and the target angle.
ion) and time derivative (Differentiatio)
n).

【0003】このロボット制御装置は、図7に示すよう
に、ロボット122を制御対象としている。このロボッ
ト122には、例えば図8に示すように、駆動部として
例えばアーム124と、この駆動部を駆動するサーボモ
ータ123とが、減速機またはベルト等の結合部125
を介して連結されて構成されているものを挙げることが
できる。また、図示は省略するが、このロボット122
には、サーボモータ123に所望のトルクを発生させる
アンプと、サーボモータ123の角度を検出する角度検
出器とが設けられている。この角度検出器にて検出され
たサーボモータ123の角度θmの検出信号は、ロボッ
ト制御装置120にフィードバックされている。なお、
図8の図中θaはアーム124の角度である。
As shown in FIG. 7, this robot control device controls a robot 122. In this robot 122, for example, as shown in FIG. 8, for example, an arm 124 as a drive unit, a servo motor 123 for driving this drive unit, and a coupling unit 125 such as a reduction gear or a belt.
One can be mentioned that is configured by being connected via. Although not shown, this robot 122
Is provided with an amplifier for generating a desired torque in the servo motor 123 and an angle detector for detecting the angle of the servo motor 123. Detection signal of the angle theta m of the servo motor 123 detected by the angle detector is fed back to the robot controller 120. In addition,
In the drawing of FIG. 8, θ a is the angle of the arm 124.

【0004】上記ロボット制御装置120は、主要構成
要素として制御部121を有している。この制御部12
1には、サーボモータ123の目標角度θr を示す信号
が端子101を介して供給され、また、上記ロボット1
22の角度検出器にて検出されたサーボモータ123の
角度θmを示す信号も供給される。当該制御部121
は、上記サーボモータ123の角度θmとサーボモータ
123の目標角度θr とから、下記の式(25)によっ
て、上記アンプに与える指令トルクτを算出する。
[0004] The robot controller 120 has a controller 121 as a main component. This control unit 12
The 1, signals indicating the target angle theta r of the servo motor 123 is supplied via the terminal 101, In addition, the robot 1
Signal indicating the angle theta m of the servo motor 123 is detected at 22 of the angle detector is also supplied. The control unit 121
Calculates the command torque τ applied to the amplifier from the angle θ m of the servo motor 123 and the target angle θ r of the servo motor 123 by the following equation (25).

【0005】[0005]

【数17】 [Equation 17]

【0006】なお、上記式(25)におけるkp は比例
パラメータを、ki は積分パラメータ、kd は時間微分
パラメータを示している。
In the equation (25), k p is a proportional parameter, k i is an integral parameter, and k d is a time derivative parameter.

【0007】制御部121は、上記算出により求めた指
令トルクτをアンプに与えることにより、ロボット12
2を制御する。
The control unit 121 gives the command torque τ obtained by the above calculation to the amplifier, thereby
2 is controlled.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ロボッ
ト122においては、図8に示したように、サーボモー
タ123とアーム124とが減速機またはベルト等の結
合部125を介して連結されて構成されているものであ
る。この結合部125は、剛性が低いためにバネ要素と
して機能し、前記図8の構成はこの結合部125をバネ
に置き換えてモデル化したものである。したがって、記
ロボット制御装置120は、サーボモータ123とアー
ム124とがバネ125を介して連結された2慣性系の
ものを制御対象としている。
By the way, in the robot 122, as shown in FIG. 8, the servo motor 123 and the arm 124 are connected to each other through a connecting portion 125 such as a speed reducer or a belt. It is what The joint 125 functions as a spring element because of its low rigidity, and the structure of FIG. 8 is modeled by replacing the joint 125 with a spring. Therefore, the robot control device 120 controls a two-inertia system in which the servomotor 123 and the arm 124 are connected via the spring 125.

【0009】一方、従来のロボット制御装置120に用
いられる上記PID制御は、結合部のバネ125要素と
しての機能が無視できる剛性の高い制御対象に対して有
効に制御を行う。したがって、PID制御は、結合部の
剛性が低い上記2慣性系の制御対象に対して有効に制御
を行えない。
On the other hand, the PID control used in the conventional robot control device 120 effectively controls a control object having high rigidity in which the function as the spring 125 element of the connecting portion can be ignored. Therefore, the PID control cannot effectively control a control target of the two-inertia system in which the rigidity of the joint is low.

【0010】すなわち、上記PID制御では、結合部の
剛性が低いロボット122を、より高速に位置決めしよ
うとすると、アーム124の先端が振動するといった問
題点があった。このアーム124の先端が振動するとい
う問題点を解決する手段としては、例えば、上記アーム
124の加減速時間を長時間化することが考えられる。
しかし、これではアーム124操作の高速化が困難とな
る。また、このようなアーム124の加減速時間が長時
間化するといった問題点を解決する手段としては、例え
ば、アーム124の角度及びアーム124の角加速度を
検出する角加速度検出器を当該アーム124の先端に取
り付け、この角加速度検出器にて上記アーム124の先
端の位置を直接検出し、この検出出力を用いて制御する
ことが考えられる。しかし、この場合は、上記角加速度
検出器分のコストの増加やメンテナンス性の悪化等を招
くことになる。
That is, in the PID control, there is a problem in that the tip of the arm 124 vibrates when the robot 122 having a low rigidity at the joint portion is positioned at a higher speed. As a means for solving the problem that the tip of the arm 124 vibrates, for example, increasing the acceleration / deceleration time of the arm 124 can be considered.
However, this makes it difficult to speed up the operation of the arm 124. As means for solving such a problem that the acceleration / deceleration time of the arm 124 is prolonged, for example, an angular acceleration detector for detecting the angle of the arm 124 and the angular acceleration of the arm 124 is provided. It is conceivable that the arm 124 is attached to the tip, the position of the tip of the arm 124 is directly detected by the angular acceleration detector, and control is performed using the detected output. However, in this case, an increase in the cost for the angular acceleration detector and a deterioration in the maintenance performance are caused.

【0011】さらに、上述したような問題点を解決する
手段としては、特開平1−29301号公報に記載され
た「産業用ロボットのサーボループ制御方法」がある
が、この公報記載の技術では、推定された外乱をフィー
ドバック要素としていないために外乱を抑制することが
できず、また、フィードフォワード要素がないために零
点の配置に自由度がないことにより、制御装置の性能的
に満足した結果が得られない。
As a means for solving the above-mentioned problem, there is a "method of controlling a servo loop of an industrial robot" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-29301. The disturbance cannot be suppressed because the estimated disturbance is not used as a feedback element, and there is no freedom in the arrangement of zeros because there is no feedforward element. I can't get it.

【0012】したがって、本発明は、上述した課題を解
決するために、アーム等の駆動部の振動の抑制を図ると
共に、当該駆動部の位置決めの高速化を図るロボット制
御装置を提供することを一つの目的とする。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a robot control device for suppressing the vibration of a drive unit such as an arm and for accelerating the positioning of the drive unit. One purpose.

【0013】また、一般に、サーボモータとアンプは、
それぞれ発生することができる限界である最大トルクが
ある。前記従来のロボット制御装置120は、目標角加
速度を抑えることによって、制御部121からの指令ト
ルクが、上記最大トルクを越えないようにしていた。し
かし、ロボット122に与えられる指令トルクが上記最
大トルクより小さいと、アーム124の高速化が困難と
なる。
Further, generally, the servo motor and the amplifier are
There is a maximum torque, which is the limit that each can generate. The conventional robot control device 120 suppresses the target angular acceleration so that the command torque from the control unit 121 does not exceed the maximum torque. However, if the command torque given to the robot 122 is smaller than the maximum torque, it becomes difficult to increase the speed of the arm 124.

【0014】さらに、通常、上記アンプ内にはトルクを
制御する機能が備えられている場合があるが、この場
合、制御部121から算出される指令トルクと、実際に
発生するトルクとが一致しなくなり、良好な制御結果が
得られなくなる。また、単に、指令トルクに対して制限
を設けたとしても、上述同様に、算出される指令トルク
と実際に発生するトルクとが一致しなくなり、良好な制
御結果が得られなくなる。
Further, although there is a case where a function of controlling torque is usually provided in the amplifier, in this case, the command torque calculated from the control unit 121 and the actually generated torque match. And no good control result can be obtained. Further, even if the command torque is simply limited, the calculated command torque and the actually generated torque do not match as described above, and a good control result cannot be obtained.

【0015】そこで、本発明は、上述した課題を解決す
るために、指令トルクを制限しながら良好な制御結果を
得ることを実現すると共に、サーボモータとアンプの能
力を有効に用いることにより、駆動部の位置決めの高速
化を可能にするロボット制御装置を提供することをも目
的とする。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention realizes a good control result while limiting the command torque, and at the same time, effectively uses the capabilities of the servomotor and the amplifier to drive the motor. Another object of the present invention is to provide a robot control device that enables high-speed positioning of parts.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボット制
御装置は、アーム等の駆動部と、駆動部を駆動するサー
ボモータと、サーボモータにトルクを発生させるアンプ
と、サーボモータの角度を検出する角度検出手段とを備
えるロボットを制御対象とする。ロボット制御装置は、
アンプに与える指令トルクと角度検出手段より検出され
たサーボモータの角度とに基づいて、ロボットの駆動部
の角度、ロボットの駆動部の角度の時間微分値であるロ
ボットの駆動部の角速度、サーボモータの角度の時間微
分値であるサーボモータの角速度、ロボットに外乱とし
て加わる外乱トルクを推定するねじれ角・外乱推定手段
を備える。また、ロボット制御装置は、サーボモータの
目標角度に基づいて、サーボモータの目標角速度を算出
するフィードフォワード手段を備える。さらに、ロボッ
ト制御装置は、サーボモータの目標角度、角度検出手段
より検出されたサーボモータの角度、フィードフォワー
ド手段より算出されたサーボモータの目標角速度、上記
ねじれ角・外乱推定手段より推定されたロボットの駆動
部の推定角度、ロボットの駆動部の推定角速度、サーボ
モータの推定角速度及び推定外乱トルクに基づいて、ア
ンプに与える指令トルクを算出する制御手段とを備える
ことにより、上述した課題を解決する。
A robot controller according to the present invention detects a drive unit such as an arm, a servo motor for driving the drive unit, an amplifier for generating torque in the servo motor, and an angle of the servo motor. The control target is a robot provided with the angle detection means. The robot controller
Based on the command torque given to the amplifier and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the angle of the robot drive unit, the angular velocity of the robot drive unit, which is the time derivative of the robot drive unit angle, and the servo motor And a torsion angle / disturbance estimating means for estimating the angular velocity of the servo motor, which is a time differential value of the angle, and the disturbance torque applied to the robot as a disturbance. The robot controller also includes a feedforward unit that calculates the target angular velocity of the servomotor based on the target angle of the servomotor. Further, the robot controller is configured such that the target angle of the servo motor, the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the target angular velocity of the servo motor calculated by the feedforward means, and the robot estimated by the twist angle / disturbance estimation means. And the control means for calculating the command torque to be given to the amplifier based on the estimated angle of the drive unit, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque. .

【0017】すなわち、以上のように構成された本発明
に係るロボット制御装置によれば、フィードフォワード
手段が、サーボモータの目標角度に基づいて、サーボモ
ータの目標角速度を算出して制御手段に出力する。ねじ
れ角・外乱推定手段は、指令トルクとサーボモータの角
度とに基づいて、ロボットの駆動部の推定角度、ロボッ
トの駆動部の推定角速度、サーボモータの推定角速度、
推定外乱トルクを算出して制御手段に出力する。制御手
段は、サーボモータの目標角度、サーボモータの角度、
サーボモータの目標角速度、ロボットの駆動部の推定角
度、ロボットの駆動部の推定角速度、サーボモータの推
定角速度及び推定外乱トルクに基づいて、アンプに与え
る指令トルクを算出してロボットのアンプに出力する。
ロボット制御装置は、制御手段によって算出された指令
トルクに基づいて上記ロボットを制御する。
That is, according to the robot controller of the present invention having the above-described structure, the feedforward means calculates the target angular velocity of the servomotor based on the target angle of the servomotor and outputs it to the control means. To do. The torsion angle / disturbance estimation means, based on the command torque and the angle of the servo motor, the estimated angle of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor,
The estimated disturbance torque is calculated and output to the control means. The control means is the target angle of the servo motor, the angle of the servo motor,
Based on the target angular velocity of the servo motor, the estimated angle of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque, the command torque given to the amplifier is calculated and output to the robot amplifier. .
The robot control device controls the robot based on the command torque calculated by the control means.

【0018】また、本発明に係るロボット制御装置は、
アーム等の駆動部と、駆動部を駆動するサーボモータ
と、サーボモータにトルクを発生させるアンプと、サー
ボモータの角度を検出する角度検出手段とを備えるロボ
ットを制御対象とする。ロボット制御装置は、上記アン
プに与える指令トルクと角度検出手段より検出されたサ
ーボモータの角度とに基づいて、ロボットの駆動部の角
度、ロボットの駆動部の角度の時間微分値であるロボッ
トの駆動部の角速度、サーボモータの角度の時間微分値
であるサーボモータの角速度、ロボットに外乱として加
わる外乱トルクを推定するねじれ角・外乱推定手段を備
える。また、ロボット制御装置は、サーボモータの目標
角度に基づいて、サーボモータの目標角速度を算出する
フィードフォワード手段を備える。さらに、ロボット制
御装置は、サーボモータの目標角度、角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度、フィードフォワード手
段より算出されたサーボモータの目標角速度、ねじれ角
・外乱推定手段より推定されたロボットの駆動部の推定
角度、ロボットの駆動部の推定角速度、サーボモータの
推定角速度及び推定外乱トルクに基づいて、計算トルク
を算出する制御手段を備える。さらに、ロボット制御装
置は、制御手段により算出された計算トルクに基づい
て、予め設定されたトルクリミット値によって制限され
たアンプに与える指令トルクを算出するトルクリミット
手段とを備えることにより、上述した課題を解決する。
Further, the robot controller according to the present invention is
A control target is a robot including a drive unit such as an arm, a servo motor that drives the drive unit, an amplifier that generates torque in the servo motor, and an angle detection unit that detects an angle of the servo motor. The robot control device drives the robot based on the command torque given to the amplifier and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, which is the time differential value of the angle of the robot drive unit and the robot drive unit. And a torsion angle / disturbance estimating means for estimating the angular velocity of the portion, the angular velocity of the servo motor, which is the time differential value of the angle of the servo motor, and the disturbance torque applied to the robot as a disturbance. The robot controller also includes a feedforward unit that calculates the target angular velocity of the servomotor based on the target angle of the servomotor. Further, the robot control device is configured such that the target angle of the servo motor, the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the target angular velocity of the servo motor calculated by the feed forward means, and the robot angle estimated by the twist angle / disturbance estimation means. A control unit is provided that calculates a calculation torque based on the estimated angle of the drive unit, the estimated angular velocity of the drive unit of the robot, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque. Further, the robot control device includes torque limit means for calculating a command torque to be given to the amplifier limited by a preset torque limit value based on the calculated torque calculated by the control means. To solve.

【0019】すなわち、以上のように構成された本発明
に係るロボット制御装置によれば、フィードフォワード
手段が、サーボモータの目標角度に基づいて、サーボモ
ータの目標角速度を算出して制御手段に出力する。ねじ
れ角・外乱推定手段は、指令トルクとサーボモータの角
度とに基づいて、ロボットの駆動部の推定角度、ロボッ
トの駆動部の推定角速度、サーボモータの推定角速度、
推定外乱トルクを算出して制御手段に出力する。制御手
段は、サーボモータの目標角度、サーボモータの角度、
サーボモータの目標角速度、ロボットの駆動部の推定角
度、ロボットの駆動部の推定角速度、サーボモータの推
定角速度及び推定外乱トルクに基づいて、計算トルクを
算出してトルクリミット手段に出力する。トルクリミッ
ト手段は、計算トルクとトルクリミット値によって算出
された指令トルクをロボットのアンプに出力する。ロボ
ット制御装置は、トルクリミット手段によって算出され
た指令トルクに基づいてロボットを制御する。
That is, according to the robot controller of the present invention having the above-described structure, the feedforward means calculates the target angular velocity of the servomotor based on the target angle of the servomotor and outputs it to the control means. To do. The torsion angle / disturbance estimation means, based on the command torque and the angle of the servo motor, the estimated angle of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor,
The estimated disturbance torque is calculated and output to the control means. The control means is the target angle of the servo motor, the angle of the servo motor,
A calculated torque is calculated based on the target angular velocity of the servo motor, the estimated angle of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque, and outputs the calculated torque to the torque limit unit. The torque limit means outputs the command torque calculated by the calculated torque and the torque limit value to the amplifier of the robot. The robot control device controls the robot based on the command torque calculated by the torque limit means.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について、図1乃至図6の図面を参照して詳細に説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings of FIGS.

【0021】先ず、本発明の第1の実施の形態として示
すロボット制御装置1は、図1に示すように、例えば基
板に部品を実装する際に用いる組立用のロボット2を制
御するものである。
First, as shown in FIG. 1, a robot control apparatus 1 shown as a first embodiment of the present invention controls an assembling robot 2 used for mounting components on a board, for example. .

【0022】図1のロボット2の第1アーム駆動部21
3は、第1アーム203を駆動する駆動モータ及び当該
駆動モータの出力軸に接続された減速機構とからなって
いる。この第1アーム駆動部213は、後述するアンプ
部5を介して基台205に固定され、回動軸に回転力を
伝達することで、第1アーム203の全体を回動可能に
している。なお、上記第1アーム駆動部213やアンプ
部5はカバー206により覆われている。
The first arm drive unit 21 of the robot 2 shown in FIG.
Reference numeral 3 denotes a drive motor for driving the first arm 203 and a speed reduction mechanism connected to an output shaft of the drive motor. The first arm drive unit 213 is fixed to the base 205 via the amplifier unit 5 described later, and transmits the rotational force to the rotation shaft, thereby enabling the entire first arm 203 to rotate. The first arm drive section 213 and the amplifier section 5 are covered by a cover 206.

【0023】ロボット2の第2アーム駆動部207は、
例えばスチールベルトからなる駆動ベルト200を介し
て第2アーム3を駆動するサーボモータ4と、そのモー
タ出力軸に接続された減速機構215とからなってい
る。第2アーム駆動部207は、第1アーム駆動部21
3と同様に基台205に対して回動方向に固定されてい
る。また支持部204は、第2アーム駆動部207のサ
ーボモータ4自体が回転しないように、上記カバー20
6を介して上記基台205に固定するためのものであ
る。上記サーボモータ4の駆動力は、上記減速機構21
5で減速され、さらに回動軸208を介してベルト駆動
プーリ202に伝達され、このプーリ202を回動させ
るようになっている。なお、これら第1アーム駆動部2
13と第2アーム駆動部207は、第1アーム203の
一方の端部に対応して配置されている。
The second arm drive unit 207 of the robot 2 is
The servo motor 4 drives the second arm 3 via a drive belt 200 made of, for example, a steel belt, and a speed reduction mechanism 215 connected to the motor output shaft. The second arm drive unit 207 includes the first arm drive unit 21
Similarly to 3, the base 205 is fixed in the rotation direction. Further, the support portion 204 is provided with the cover 20 so that the servomotor 4 itself of the second arm driving portion 207 does not rotate.
6 for fixing to the base 205. The driving force of the servo motor 4 is controlled by the speed reduction mechanism 21.
5, the rotation is transmitted to the belt drive pulley 202 via the rotation shaft 208, and the pulley 202 is rotated. The first arm drive unit 2
13 and the second arm drive unit 207 are arranged corresponding to one end of the first arm 203.

【0024】駆動ベルト200は、上記ベルト駆動プー
リ202と第2軸駆動プーリ201との間に懸架され、
上記第2アーム駆動部207にて発生した駆動力を、上
記第2軸駆動プーリ201に伝達するようになってい
る。なお、これらベルト駆動プーリ202と駆動ベルト
200と第2軸駆動プーリ201とは、第1アーム20
3内部に配置されている。
The drive belt 200 is suspended between the belt drive pulley 202 and the second shaft drive pulley 201,
The driving force generated by the second arm driving unit 207 is transmitted to the second shaft driving pulley 201. The belt driving pulley 202, the driving belt 200, and the second shaft driving pulley 201
3 are arranged inside.

【0025】第2軸駆動プーリ201は、上記第1アー
ム203の他方の端部に対応して配置され、回動軸21
4を回転中心として回動可能になっている。
The second shaft drive pulley 201 is arranged corresponding to the other end of the first arm 203, and has a rotation shaft 21.
4 is rotatable around the center of rotation.

【0026】第2アーム3の中央部は、上記第2軸駆動
プーリ201に固着されている。したがって、当該第2
軸駆動プーリ201が上記駆動ベルト200を介して上
記第2アーム駆動部207にて回転されると、上記第2
アーム3は当該第2軸駆動プーリの回転に伴って駆動さ
れることになる。また、第2アーム3の一方の端部に
は、作用軸211を介して、例えば上記基板等に部品を
装填するための動作部210が配設されている。上記作
用軸211は、いわゆるツール搭載軸であり、上下方向
(Z軸方向)の移動と軸回りの方向(R軸方向)の回転
とを行うことができるものである。したがって、当該作
用軸211の先端に配設された動作部210は、上下,
回転方向に自由に駆動されることになり、これにより基
板に対して部品を自在に装填可能となる。
The central portion of the second arm 3 is fixed to the second shaft drive pulley 201. Therefore, the second
When the shaft drive pulley 201 is rotated by the second arm drive unit 207 via the drive belt 200, the second drive
The arm 3 is driven with the rotation of the second shaft drive pulley. Further, at one end of the second arm 3, an operation unit 210 for loading components on the above-described substrate or the like is disposed via an operation shaft 211. The operation shaft 211 is a so-called tool mounting shaft, and is capable of moving in a vertical direction (Z-axis direction) and rotating in a direction around the axis (R-axis direction). Therefore, the operating part 210 disposed at the tip of the working shaft 211 is
The components are driven freely in the rotational direction, so that components can be freely loaded on the substrate.

【0027】上述したように、ロボット2は、第1アー
ム203及び第2アーム3を有し、第2アーム3が駆動
ベルト200を介して駆動される2慣性系の構成となっ
ている。すなわち、このロボット2は、前述した従来の
ロボット120に発生する反力、コリオリ・遠心力等の
干渉力を機構的にキャンセルしているものであり、ロボ
ット制御装置1における低剛性の2慣性系の制御対象と
なされている。
As described above, the robot 2 has the first arm 203 and the second arm 3, and has a two-inertia system configuration in which the second arm 3 is driven via the drive belt 200. That is, the robot 2 mechanically cancels the interference force such as the reaction force, Coriolis, and centrifugal force generated in the conventional robot 120 described above, and the low-rigidity two-inertia system in the robot controller 1. Is controlled.

【0028】また、上記ロボット2には、上述した構成
の他に、上記第2アーム3を駆動するサーボモータ4に
対して所望のトルクを発生させる上記アンプ部5を備
え、さらに上記サーボモータ4の角度を検出する例えば
ロータリーエンコーダ等からなる角度検出器6をも備え
ている。本発明の実施の形態にかかるロボット2のアン
プ部5には、ロボット制御装置1が算出した指令トルク
τを示す信号が、コード212を介して伝達供給される
ようになっており、アンプ部5は上記指令トルクτの値
に基づいて上記サーボモータ4を駆動する際の上記所望
のトルクを発生する。
In addition to the structure described above, the robot 2 is provided with the amplifier section 5 for generating a desired torque with respect to the servomotor 4 for driving the second arm 3, and further the servomotor 4 is provided. An angle detector 6 including, for example, a rotary encoder for detecting the angle is also provided. A signal indicating the command torque τ calculated by the robot controller 1 is transmitted and supplied to the amplifier unit 5 of the robot 2 according to the embodiment of the present invention via the code 212. Generates the desired torque when driving the servomotor 4 based on the value of the command torque τ.

【0029】ここで、上記ロボット2は、下記の式
(1)に示すように、指令トルクτ、サーボモータ4の
角度θm 、サーボモータ4の角速度θm '、第2アーム3
の角度θa、第2アーム3の角速度θa '、サーボモータ
4のモータ軸に加わる外乱トルクdを、それぞれ状態変
数とした状態方程式で表されるものである。なお、式
(1)におけるJm はサーボモータ4のイナーシャ、D
m はサーボモータ4の粘性摩擦、Ja は第2アーム3の
イナーシャ、Da は第2アーム3の粘性摩擦、Kはバネ
定数、Nはギヤ比である。
Here, the robot 2 has a command torque τ, an angle θ m of the servo motor 4, an angular velocity θ m of the servo motor 4, and a second arm 3 as shown in the following equation (1).
Θ a , the angular velocity θ a of the second arm 3, and the disturbance torque d applied to the motor shaft of the servomotor 4 are represented by state equations. Note that J m in the equation (1) is the inertia of the servo motor 4, D
m is the viscous friction of the servomotor 4, J a is the inertia of the second arm 3, D a is the viscous friction of the second arm 3, K is the spring constant, and N is the gear ratio.

【0030】[0030]

【数18】 (Equation 18)

【0031】すなわち、ロボット2では、上記式(1)
により表されたダイナミックスに基づいて、サーボモー
タ4が第2アーム3を駆動する。
That is, in the robot 2, the above equation (1)
The servo motor 4 drives the second arm 3 based on the dynamics represented by.

【0032】ここで、第1の実施の形態のロボット制御
装置1は、図2に示すように、主要構成要素として、ね
じれ角・外乱推定オブザーバ7と、フィードフォワード
部8と、制御部9とを備えており、端子20には例えば
全体をコントロールするシステムコントローラ等から上
記サーボモータ4の所望の目標角度θrを示す信号が入
力される。
Here, as shown in FIG. 2, the robot control device 1 of the first embodiment has a twist angle / disturbance estimation observer 7, a feedforward unit 8, and a control unit 9 as main components. A signal indicating a desired target angle θ r of the servo motor 4 is input to the terminal 20 from, for example, a system controller that controls the whole.

【0033】上記ねじれ角・外乱推定オブザーバ7は、
図2に示すように、制御対象であるロボット2につい
て、最小次元オブザーバを構成することにより、ロボッ
ト2の第2アーム3の角度θa 、ロボット2の第2アー
ム3の角速度θa '、サーボモータ4の角速度θm '及び外
乱トルクdを推定する。
The torsion angle / disturbance estimation observer 7 is
As shown in FIG. 2, by configuring a minimum-dimensional observer for the robot 2 to be controlled, the angle θ a of the second arm 3 of the robot 2, the angular velocity θ a of the second arm 3 of the robot 2, the servo, The angular velocity θ m ' of the motor 4 and the disturbance torque d are estimated.

【0034】すなわち、ねじれ角・外乱推定オブザーバ
7は、指令トルクτと、角度検出器6から検出されたサ
ーボモータ4の実際の角度θm とが入力され、式
(2)、式(3)に示すように、ロボット2の第2アー
ム3の推定角度θa 、第2アーム3の推定角速度θa '
及びサーボモータ4の推定角速度θm ' を算出し、さらに
ロボット2に外乱として加わる値として推定外乱トルク
を算出する。これら第2アーム3の推定角度θa 、第
2アーム3の推定角速度θa ' 、及びサーボモータ4の推
定角速度θm ' 、及び推定外乱トルクの各値は、制御部
9に送られる。
That is, the torsion angle / disturbance estimation observer 7 receives the command torque τ and the actual angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6, and formulas (2) and (3) are given. , The estimated angle θ a of the second arm 3 of the robot 2, the estimated angular velocity θ a of the second arm 3,
And the estimated angular velocity θ m of the servomotor 4 and the estimated disturbance torque as a value added to the robot 2 as a disturbance.
Calculate d . The estimated angle θ a of the second arm 3, the estimated angular velocity θ a of the second arm 3, the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4, and the estimated disturbance torque d are sent to the control unit 9.

【0035】[0035]

【数19】 [Equation 19]

【0036】ここで、式(2)、式(3)におけるz
1 、z2 、z3 、z4 は最小次元オブザーバの状態変
数、k1 、k2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラメ
ータである。また、ロボット2の第2アーム3の推定角
速度θa ' は、第2アーム3の推定角度θa の時間微分に
よって求めるようにしても良い。さらに、ロボット2の
サーボモータ4の推定角速度θm ' は、ロボット2のサー
ボモータ4の推定角度θm の時間微分によって求めるよ
うにしても良い。
Here, z in equations (2) and (3)
1 , z 2 , z 3 and z 4 are state variables of the minimum dimensional observer, and k 1 , k 2 , k 3 and k 4 are parameters that determine the estimated speed. Further, the estimated angular velocity θ a of the second arm 3 of the robot 2 may be obtained by time differentiation of the estimated angle θ a of the second arm 3. Further, the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4 of the robot 2 may be obtained by time differentiation of the estimated angle θ m of the servo motor 4 of the robot 2.

【0037】なお、本発明の実施の形態の例では、サー
ボモータ4のイナーシャJm を1.7×10-4[kgm
2 ]、サーボモータ4の粘性摩擦Dm を1.1×10-4
[Nm/rad/s]、第2アーム3のイナーシャJa
を0.76[ kgm2 ]、第2のアーム3の粘性摩擦
a を5[Nm/rad/s]、バネ定数Kを8300
[Nm/rad]、ギヤ比Nを50としている。
In the embodiment of the present invention, the inertia J m of the servomotor 4 is 1.7 × 10 −4 [kgm.
2 ], the viscous friction D m of the servomotor 4 is 1.1 × 10 −4
[Nm / rad / s], inertia J a of the second arm 3
The 0.76 [kgm 2], the viscous friction D a of the second arm 3 5 [Nm / rad / s ], the spring constant K 8300
[Nm / rad], and the gear ratio N is 50.

【0038】次に、フィードフォワード部8は、図2に
示すように、上記端子20に供給された上記サーボモー
タ4の所望の目標角度θr の値が入力され、このサーボ
モータ4の目標角度θr を時間微分してサーボモータ4
の目標角速度θr 'を算出して出力する。ここで、サーボ
モータ4の目標角速度θr 'は、サーボモータ4の角速度
θm 'と上記サーボモータ4の所望の目標角度θr との差
分によって求めるようにしても良い。またこのサーボモ
ータ4の目標角速度θr 'は、サーボモータ4の目標角度
θr が求められるのと同時に求めるようにしても良い。
なお、フィードフォワード部8において、上記サーボモ
ータ4の目標角速度θr 'を上記サーボモータ4の所望の
目標角度θr との差分によって求めるようにする場合に
は、当該フィードフォワード部8に対して上記ねじれ角
・外乱推定オブザーバ7からサーボモータ4の角速度θ
m 'を供給する。上記フィードフォワード部8から出力さ
れた上記サーボモータ4の目標角速度θr 'の値は、制御
部9の後段に設けられている演算部21に送られること
になる。
Next, as shown in FIG. 2, the feedforward section 8 is inputted with a desired target angle θ r of the servomotor 4 supplied to the terminal 20, and the target angle of the servomotor 4 is inputted. Servo motor 4 by differentiating θ r with respect to time
The target angular velocity θ r 'of is calculated and output. Here, the target angular velocity θ r of the servo motor 4 may be obtained by the difference between the angular velocity θ m of the servo motor 4 and the desired target angle θ r of the servo motor 4. The target angular velocity θ r of the servo motor 4 may be calculated at the same time when the target angle θ r of the servo motor 4 is calculated.
When the feed forward unit 8 obtains the target angular velocity θ r of the servo motor 4 by the difference from the desired target angle θ r of the servo motor 4, From the twist angle / disturbance estimation observer 7 to the angular velocity θ of the servo motor 4
supply m ' . The value of the target angular velocity θ r of the servomotor 4 output from the feedforward unit 8 is sent to the calculation unit 21 provided in the subsequent stage of the control unit 9.

【0039】制御部9には、図2に示すように、端子2
0からのサーボモータ4の目標角度θr の値と、ねじれ
角・外乱推定オブザーバ7からの第2アーム3の推定角
θa 、第2アーム3の推定角速度θa ' 、サーボモータ
4の推定角速度θm ' 、推定外乱トルクの各値と、上記
角度検出器6にて検出された上記サーボモータ4の角度
θmの値とが入力される。
As shown in FIG. 2, the control unit 9 has terminals 2
The value of the target angle θ r of the servo motor 4 from 0, the estimated angle θ a of the second arm 3 from the torsion angle / disturbance estimation observer 7, the estimated angular velocity θ a of the second arm 3, and the estimation of the servo motor 4 The angular velocity θ m , the estimated disturbance torque d , and the value of the angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6 are input.

【0040】この制御部9及びその後段の演算部21で
は、上記供給された各値を用いて、上記サーボモータ4
の角度θm と第2アーム3の推定角度θa との差分、サ
ーボモータ4の推定角速度θm ' と第2アーム3の推定角
速度θa ' との差分、サーボモータ4の目標角速度θr '
サーボモータ4の推定角速度θm ' との差分、サーボモー
タ4の目標角度θr とサーボモータ4の角度θm との差
分をそれぞれ求める。
In the control unit 9 and the arithmetic unit 21 in the subsequent stage, the servo motor 4 is used by using the supplied values.
Angle theta m and the difference between the estimated angle theta a second arm 3, the difference between the 'estimated angular velocity theta a and the second arm 3' estimated angular velocity theta m of the servo motor 4, the servo motor 4 target angular velocity theta r obtaining 'and the estimated angular velocity theta m of the servo motor 4' difference between, the servo motor 4 target angle theta r and a difference between the angle theta m of the servo motor 4, respectively.

【0041】そして、上記制御部9及びその後段の演算
部21では、下記の式(4)により、上記のように求め
たサーボモータ4の角度θm と第2アーム3の推定角度
θ との差分、サーボモータ4の推定角速度θ と第
2アーム3の推定角速度θa ' との差分、サーボモータ4
の目標角速度θr 'とサーボモータ4の推定角速度θm '
の差分、サーボモータ4の目標角度θr とサーボモータ
4の角度θm との差分、サーボモータ4の目標角速度θ
r 'と、前記推定外乱トルクとから、指令トルクτを算
出して出力する。
Then, in the control unit 9 and the arithmetic unit 21 in the subsequent stage, the angle θ m of the servo motor 4 and the estimated angle of the second arm 3 obtained as described above are calculated by the following equation (4).
difference between theta a, the difference between the 'estimated angular velocity theta a and the second arm 3' estimated angular velocity theta m of the servo motor 4, the servomotor 4
Difference between the target angular velocity θ r ' and the estimated angular velocity θ m ' of the servo motor 4, the difference between the target angle θ r of the servo motor 4 and the angle θ m of the servo motor 4, the target angular velocity θ of the servo motor 4
A command torque τ is calculated and output from r and the estimated disturbance torque d .

【0042】[0042]

【数20】 (Equation 20)

【0043】なお、上記式(4)におけるf1 、f2
3 、f4は制御の特性を決める制御パラメータであ
る。
Note that f 1 , f 2 , and
f 3 and f 4 are control parameters that determine the control characteristics.

【0044】上述したようにして求められた指令トルク
τは、制御対象であるロボット2に供給される。
The command torque τ obtained as described above is supplied to the robot 2 to be controlled.

【0045】ここで、図2のロボット2の部分は、より
詳細には図3のように表すことができる。すなわち、こ
の図3は、ロボット2の各部の動作をブロック線図とし
て表すものであり、図2と対応する構成要素には同一の
指示符号を付している。
Here, the part of the robot 2 in FIG. 2 can be expressed in more detail as shown in FIG. That is, this FIG. 3 shows the operation of each part of the robot 2 as a block diagram, and the same reference numerals are given to the components corresponding to those in FIG.

【0046】この図3及び図2において、上記ロボット
制御装置1からの指令トルクτの値は、端子31に伝達
される。この端子31に伝達された指令トルクτの値
は、演算部33に加算値として入力する。また、この演
算部33には、端子30から前記外乱トルクdが減算値
として伝達される。すなわち、当該演算部33では、上
記指令トルクτに対する外乱トルクdの影響量を差し引
くことを行っている。この演算部33の出力値は、演算
部34に加算値として入力する。
In FIGS. 3 and 2, the value of the command torque τ from the robot controller 1 is transmitted to the terminal 31. The value of the command torque τ transmitted to the terminal 31 is input to the arithmetic unit 33 as an added value. Further, the disturbance torque d is transmitted from the terminal 30 to the arithmetic unit 33 as a subtraction value. That is, the computing unit 33 subtracts the amount of influence of the disturbance torque d on the command torque τ. The output value of the calculation unit 33 is input to the calculation unit 34 as an addition value.

【0047】この演算部34には、後述する演算部24
からの出力が減算値として伝達され、当該演算部34で
は上記演算部33の出力から演算部24の出力値を減算
した値を求める。この演算部34の出力は、演算部23
に入力する。なお、上記演算部33及び34が図2の演
算部22に対応している。
The calculation unit 34 includes a calculation unit 24 which will be described later.
Is output as a subtraction value, and the arithmetic unit 34 obtains a value obtained by subtracting the output value of the arithmetic unit 24 from the output of the arithmetic unit 33. The output of the operation unit 34 is
To enter. Note that the calculation units 33 and 34 correspond to the calculation unit 22 in FIG.

【0048】上記演算部23は、演算部35及び36か
らなり、前記サーボモータ4に対応している。上記演算
部23では、演算部35にて前記サーボモータ4のイナ
ーシャJmとサーボモータ4の粘性摩擦Dmより、1/
(JmS+Dm)で表される演算を行い、さらに演算部3
6にて上記演算部35の出力値を積分する演算を行い、
これら演算{1/(JmS+Dm)S}により得られた値
を出力する。すなわち、当該演算部23において、上記
演算部35の出力値は上記サーボモータ4の角速度θm '
に対応し、上記演算部36の出力値は上記サーボモータ
4の速度θmに対応する。なお、上記式中のSはラプラ
ス変換演算子である。
The arithmetic unit 23 is composed of arithmetic units 35 and 36 and corresponds to the servomotor 4. In the arithmetic unit 23, from the inertia J m and viscous friction D m of the servo motor 4 of the servo motor 4 by the computing unit 35, 1 /
The calculation represented by (J m S + D m ) is performed.
In step 6, a calculation for integrating the output value of the calculation unit 35 is performed.
The value obtained by these operations {1 / (J m S + D m ) S} is output. That is, in the arithmetic unit 23, the output value of the arithmetic unit 35 is the angular velocity θ m ′ of the servo motor 4.
Corresponding to the output value of the calculation unit 36 corresponds to the speed theta m of the servo motor 4. Note that S in the above equation is a Laplace transform operator.

【0049】上述したようなことから、演算部22から
演算部23までのブロックは、制御対象であるロボット
2における指令トルクτに基づいた実際のサーボモータ
4の駆動と、このサーボモータ4の駆動に応じた角度検
出器6における角度検出動作とに対応している。上記角
度検出器6にて検出されたサーボモータ4の角度θ
mは、端子39を介してロボット制御装置1にフィード
バックされることになる。
From the above, the blocks from the arithmetic unit 22 to the arithmetic unit 23 drive the actual servomotor 4 based on the command torque τ in the robot 2 to be controlled, and drive the servomotor 4. Corresponding to the angle detection operation of the angle detector 6 according to. The angle θ of the servo motor 4 detected by the angle detector 6
m is fed back to the robot controller 1 via the terminal 39.

【0050】上記演算部23の出力値は、演算部25に
伝達され、この演算部25にて1/N倍になされる。す
なわち、上記Nは前記ギヤ比であり、当該演算部25
は、上記サーボモータ4のモータ出力軸に接続された前
記減速機構215と対応している。この演算部25の出
力値は、第2アーム3の角度θaに相当し、この値が演
算部26に加算値として伝達される。
The output value of the arithmetic unit 23 is transmitted to the arithmetic unit 25 and is multiplied by 1 / N in the arithmetic unit 25. That is, N is the gear ratio, and the arithmetic unit 25
Corresponds to the speed reduction mechanism 215 connected to the motor output shaft of the servo motor 4. The output value of the arithmetic unit 25 corresponds to the angle theta a second arm 3, this value is transmitted as an addition value to the arithmetic unit 26.

【0051】上記演算部26から演算部28までの構成
は、ロボット2の第2アーム3に対応している。上記演
算部26には、後述する演算部28から伝達されたロボ
ット2の第2アーム3の実際の角度θaが、減算値とし
て供給されている。すなわちこの演算部26では、演算
部28から伝送される第2アーム3の実際の角度θ
aを、上記演算部25から伝達される角度θaまで変化さ
せる際の、角度変化量を求めている。
The configuration from the arithmetic unit 26 to the arithmetic unit 28 corresponds to the second arm 3 of the robot 2. To the arithmetic unit 26, the actual angle theta a second arm 3 of the robot 2 that is transmitted from the arithmetic unit 28 to be described later, is supplied as a subtraction value. That is, in the arithmetic unit 26, the actual angle θ of the second arm 3 transmitted from the arithmetic unit 28
The angle change amount when changing a to the angle θa transmitted from the arithmetic unit 25 is obtained.

【0052】上記演算部26の出力値は、演算部27に
伝達され、ここで前記バネ定数であるKが掛けられた
後、さらに演算部24にて1/N倍されて、前記演算部
34に減算値として伝達される。すなわち、上記演算部
27及び24では、上記サーボモータ4の角度の値をサ
ーボモータ4のトルクの値に変換している。これによ
り、前記演算部34では、前記演算部33で求められた
トルクの値から現在のサーボモータ4のトルクの値が差
し引かれた値が求められる。
The output value of the arithmetic unit 26 is transmitted to the arithmetic unit 27, where it is multiplied by the spring constant K, and is further multiplied by 1 / N in the arithmetic unit 24 to obtain the arithmetic unit 34. Is transmitted as a subtracted value to. That is, the arithmetic units 27 and 24 convert the value of the angle of the servomotor 4 into the value of the torque of the servomotor 4. As a result, the arithmetic unit 34 obtains a value obtained by subtracting the current torque value of the servo motor 4 from the torque value obtained by the arithmetic unit 33.

【0053】また、上記演算部27の出力値は、演算部
28にも伝達される。当該演算部28は、演算部37及
び38からなる。当該演算部28では、演算部37にて
前記第2アーム3のイナーシャJaと第2アーム3の粘
性摩擦Daより、1/(JaS+Da)で表される演算を
行い、さらに演算部38にて上記演算部37の出力値を
積分する演算を行い、これら演算{1/(JaS+Da
S}により得られた値を出力する。すなわち、当該演算
部28において、上記演算部37の出力値は上記第2ア
ーム3の角速度θa 'に対応し、上記演算部38の出力値
は上記第2アーム3の角度θaに対応する。
The output value of the arithmetic unit 27 is also transmitted to the arithmetic unit 28. The operation unit 28 includes operation units 37 and 38. In the arithmetic unit 28, from the viscous friction D a of inertia J a and the second arm 3 of the second arm 3 by the computing unit 37 performs computation expressed by 1 / (J a S + D a), further operation In the section 38, calculations for integrating the output value of the calculation section 37 are performed, and these calculations {1 / (J a S + D a )
The value obtained by S} is output. That is, in the arithmetic unit 28, the output value of the arithmetic unit 37 corresponds to the angular velocity θ a of the second arm 3, and the output value of the arithmetic unit 38 corresponds to the angle θ a of the second arm 3. .

【0054】上記演算部28にて求められた上記第2ア
ーム3の実際の角度θaは、端子29から外部へ作用す
る力として取り出されることになる。
The actual angle θ a of the second arm 3 obtained by the calculation unit 28 is taken out as a force acting from the terminal 29 to the outside.

【0055】上述したように、本発明の第1の実施の形
態ロボット制御装置1においては、ねじれ角と外乱とを
同時に推定するねじれ角・外乱推定手段を備えたことに
より、剛性の低い2慣性のロボット2に対して外乱に強
い制御を行うので、ロボット2側の第2アーム3の振動
の抑制が図られるとともに、当該ロボット2側の第2ア
ーム3の位置決めの高速化が図られる。したがって、こ
のロボット制御装置1によれば、ロボット2による電子
部品の組み立て等の作業効率の向上が図られる。
As described above, the robot controller 1 according to the first embodiment of the present invention is provided with the torsion angle / disturbance estimating means for simultaneously estimating the torsion angle and the disturbance. Since the robot 2 is strongly controlled against disturbance, the vibration of the second arm 3 on the robot 2 side can be suppressed and the positioning speed of the second arm 3 on the robot 2 side can be increased. Therefore, according to the robot control device 1, work efficiency such as assembling of electronic parts by the robot 2 can be improved.

【0056】なお、図2の例では、説明を容易にするた
め、ロボット制御装置1を機能的な面から、ねじれ角・
外乱推定オブザーバ7と、フィードフォワード部8と、
制御部9との、各主要演算手段に便宜上分割している
が、これら各演算手段は必ずしも上述のように区切る必
要はなく、共通化した演算手段としたり、さらにこれら
に属さない他の演算手段を有するものとしても良い。ま
た、本発明の実施の形態ロボット制御装置1は、各演算
手段の代わりに、専用の演算手段を用いても良く、例え
ばパーソナルコンピュータなどの演算装置による全体の
演算手段を用いても良い。
In the example of FIG. 2, in order to facilitate the explanation, the robot controller 1 is provided with a twist angle
A disturbance estimation observer 7, a feedforward unit 8,
Although it is divided into main operation means with the control unit 9 for convenience, these operation means do not necessarily have to be divided as described above, and may be common operation means or other operation means not belonging to these. May be included. In addition, the robot control apparatus 1 according to the embodiment of the present invention may use a dedicated calculation unit instead of each calculation unit, and may use the entire calculation unit using a calculation device such as a personal computer.

【0057】次に、本発明の第2の実施の形態のロボッ
ト制御装置1を図4に示す。この第2の実施の形態のロ
ボット制御装置1は、図4に示すように、基本的な構成
を前記第1の実施の形態のロボット制御装置と同様とす
るが、ねじれ角・外乱推定オブザーバ11と、フィード
フォワード部12と、制御部13の算出手段が異なる点
に特徴を有している。なお、以下の説明において、前述
した第1の実施の形態装置と同一部材、同一構成部につ
いては、同一符号を付すことにより、説明を省略する。
Next, FIG. 4 shows a robot controller 1 according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the robot control device 1 of the second embodiment has the same basic configuration as the robot control device of the first embodiment, but the torsion angle / disturbance estimation observer 11 And the calculation means of the feed-forward unit 12 and the control unit 13 are different. In the following description, the same members and the same components as those of the first embodiment device described above will be denoted by the same reference numerals and will not be described.

【0058】この図4に示す第2の実施の形態のロボッ
ト制御装置1において、ねじれ角・外乱推定オブザーバ
11は、制御対象であるロボット2について最小次元オ
ブザーバ11を構成し、前述した状態方程式をもとに、
ロボット2側のアンプ部5に与える指令トルクτと、ロ
ボット2側の角度検出器6より検出されたサーボモータ
4の角度θm とに基づいて、ねじれ角度θt 、ねじれ角
速度θt '、サーボモータ4の角速度θm '及び外乱トルク
dを推定する。
In the robot controller 1 according to the second embodiment shown in FIG. 4, the torsion angle / disturbance estimation observer 11 constitutes the minimum dimension observer 11 for the robot 2 to be controlled, and the above-mentioned state equation is applied to the observer 11. Based on
Based on the command torque τ given to the amplifier unit 5 on the robot 2 side and the angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6 on the robot 2 side, the twist angle θ t , the twist angular velocity θ t , the servo The angular velocity θ m ' of the motor 4 and the disturbance torque d are estimated.

【0059】すなわち、ねじれ角・外乱推定オブザーバ
11は、前記指令トルクτと前記角度検出器6から検出
されたサーボモータ4の角度θm とが入力される。この
ねじれ角・外乱推定オブザーバ11は、下記の式
(6)、式(7)により、ロボット2の第2アーム3の
推定角度θa 及びロボット2側のアーム3の推定角速度
θa ' と、サーボモータ4の推定角速度θm ' とを算出し、
また、ロボット2に外乱として加わる値として推定外乱
トルクを算出する。さらに、ねじれ角・外乱推定オブ
ザーバ11は、下記の式(8)を用い、サーボモータ4
の角度θm とロボット2側のアーム3の推定角度θa '
の差分によって、ねじれ推定角度θt を算出し、また、
下記の式(9)を用い、サーボモータ4の推定角度θm
とロボット2側のアーム3の推定角速度θa ' との差分に
よって、ねじれ推定角速度θt ' を算出する。
That is, the torsion angle / disturbance estimation observer 11 receives the command torque τ and the angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6. The torsion angle / disturbance estimation observer 11 calculates the estimated angle θ a of the second arm 3 of the robot 2 and the estimated angular velocity of the arm 3 on the robot 2 side according to the following equations (6) and (7).
θ a ' and the estimated angular velocity θ m ' of the servo motor 4 are calculated,
Further, the estimated disturbance torque d is calculated as a value applied to the robot 2 as a disturbance. Further, the torsion angle / disturbance estimation observer 11 uses the following equation (8) to calculate the servo motor 4
Of the difference between the estimated angle theta a 'of the arm 3 of the angle theta m and the robot 2 side calculates a twist estimated angle theta t, also,
Using the following formula (9), the estimated angle θ m of the servo motor 4
And the estimated angular velocity θ a of the arm 3 on the side of the robot 2 is calculated to calculate the twist estimated angular velocity θ t .

【0060】すなわち、上記ねじれ角・外乱推定オブザ
ーバ11は、下記の式(6)、式(7)、式(8)、式
(9)に対して、指令トルクτ及びサーボモータ4の角
度θm を代入してねじれ推定角度θt と、ねじれ推定角
速度θt ' と、サーボモータ4の推定角速度θm ' 及び推定
外乱トルクをそれぞれ算出して出力する。
That is, the torsion angle / disturbance estimation observer 11 uses the following equations (6), (7), (8) and (9) to indicate the command torque τ and the angle θ of the servomotor 4. By substituting m , the estimated twist angle θ t , the estimated twist angular velocity θ t , the estimated angular velocity θ m of the servomotor 4 and the estimated disturbance torque d are calculated and output.

【0061】[0061]

【数21】 (Equation 21)

【0062】なお、上記式(6)、式(7)におけるz
1 、z2 、z3 、z4 は最小次元オブザーバ11の状態
変数、k1 、k2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラ
メータである。
In the above equations (6) and (7), z
1 , z 2 , z 3 and z 4 are state variables of the minimum dimension observer 11, and k 1 , k 2 , k 3 and k 4 are parameters that determine the estimated speed.

【0063】ここで、ねじれ推定角速度θt ' は、ねじれ
角度θt の時間微分によって算出するようにしても良
い。また、ロボット2の第2アーム3の推定角速度θa '
は、ロボット2の第2アーム3の推定角度θa の時間微
分によって求めるようにしても良い。さらに、ロボット
2のサーボモータ4の推定角速度θm ' は、ロボット2の
サーボモータ4の推定角度θm の時間微分によって求め
らるようにしても良い。
Here, the twist estimated angular velocity θ t ' may be calculated by the time derivative of the twist angle θ t . Also, the estimated angular velocity θ a ' of the second arm 3 of the robot 2
May be obtained by time differentiation of the estimated angle θ a of the second arm 3 of the robot 2. Further, the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4 of the robot 2 may be obtained by time differentiation of the estimated angle θ m of the servo motor 4 of the robot 2.

【0064】次に、フィードフォワード部12には、図
4に示すように、端子40を介してサーボモータ4の所
望の目標角度θr が入力される。当該フィードフォワー
ド部12は、上記サーボモータ4の目標角速度θr 'を時
間微分してサーボモータ4の目標角加速度θr "を求め
る。そして、フィードフォワード部12は、下記の式
(10)に対して、これらサーボモータ4の目標角速度
θr '及びサーボモータ4の目標角加速度θr "を代入し
て、フィードフォワード値ffを算出して出力する。
Next, as shown in FIG. 4, the desired target angle θ r of the servomotor 4 is input to the feedforward unit 12 via the terminal 40. The feed forward unit 12 time-differentiates the target angular velocity θ r of the servo motor 4 to obtain the target angular acceleration θ r of the servo motor 4. Then, the feed forward unit 12 uses the following equation (10). On the other hand, the target angular velocity θ r of the servo motor 4 and the target angular acceleration θ r of the servo motor 4 are substituted, and the feedforward value ff is calculated and output.

【0065】[0065]

【数22】 (Equation 22)

【0066】なお、上記式(10)におけるff1 、ff2
はフィードフォワードパラメータである。ただし、この
第2の実施の形態のロボット制御装置1においては、サ
ーボモータ4の目標角加速度θr "を用いていないので、
フィードフォワードパラメータff2 を零としている。
Ff 1 and ff 2 in the above equation (10)
Is the feedforward parameter. However, since the target angular acceleration θ r " of the servomotor 4 is not used in the robot control device 1 of the second embodiment,
The feedforward parameter ff 2 is set to zero.

【0067】ここで、サーボモータ4の目標角速度θr '
は、サーボモータ4の角速度θm 'と上記サーボモータ4
の所望の目標角度θr との差分によって求めるようにし
ても良い。またこのサーボモータ4の目標角速度θ
r 'は、サーボモータ4の目標角度θr が求められるのと
同時に求めるようにしても良い。なお、フィードフォワ
ード部12において、上記サーボモータ4の目標角速度
θr 'を上記サーボモータ4の所望の目標角度θr との差
分によって求めるようにする場合には、当該フィードフ
ォワード部12に対して上記ねじれ角・外乱推定オブザ
ーバ11からサーボモータ4の角速度θm 'を供給する。
また、サーボモータ4の目標角加速度θr "は、このサー
ボモータ4の角速度θm 'を時間微分してサーボモータ4
の角加速度θm "を求めて、このサーボモータ4の角加速
度θm "との差分によって求めるようにしても良い。これ
らサーボモータ4の目標角速度θr '及びサーボモータ4
の目標角加速度θr "は、サーボモータ4の目標角度θr
が求められるのと同時に求められても良い。
Here, the target angular velocity θ r ' of the servo motor 4
Is the angular velocity θ m ' of the servo motor 4 and the servo motor 4
It may be obtained by the difference from the desired target angle θ r . Also, the target angular velocity θ of this servo motor 4
The r may be obtained at the same time when the target angle θ r of the servo motor 4 is obtained. In the feedforward unit 12, when the target angular velocity θ r of the servo motor 4 is obtained by the difference from the desired target angle θ r of the servo motor 4, The torsion angle / disturbance estimation observer 11 supplies the angular velocity θ m of the servo motor 4.
Further, the target angular acceleration θ r " of the servo motor 4 is obtained by differentiating the angular velocity θ m ' of the servo motor 4 with respect to time.
The angular acceleration θ m " of the servo motor 4 may be obtained and the difference from the angular acceleration θ m " of the servo motor 4 may be obtained. The target angular velocity θ r of the servo motor 4 and the servo motor 4
Target angular acceleration theta r of "the servo motor 4 target angle theta r
May be requested at the same time as.

【0068】次に、制御部13には、図4に示すよう
に、上記サーボモータ4の所望の目標角度θrと、ロボ
ット2側の角度検出器6で検出されたサーボモータ4の
角度θmと、フィードフォワード部12で算出されたフ
ィードフォワード値ffと、ねじれ角・外乱推定オブザー
バ11で算出されたねじれ推定角度θt 、ねじれ推定角
速度θt ' 、サーボモータ4の推定角速度θm ' 、推定外乱
トルクとが入力される。当該制御部13では、これら
に基づいて、サーボモータ4の目標角度θr とサーボモ
ータ4の角度θm との差分、サーボモータ4の目標角速
度θr 'とサーボモータ4の推定角速度θm ' との差分を求
める。そして、制御部13は、下記式(11)に対し
て、これらねじれ角の推定値θt 、ねじれ推定角速度θ
t ' 、推定外乱トルク、サーボモータ4の目標角度θr
とサーボモータ4の角度θm との差分、サーボモータ4
の目標角速度θr 'とサーボモータ4の推定角速度θm '
の差分を代入して、指令トルクτを算出し、この推定ト
ルクτをアンプ部5に出力する。
Next, as shown in FIG. 4, the control unit 13 causes the desired target angle θ r of the servo motor 4 and the angle θ of the servo motor 4 detected by the angle detector 6 on the robot 2 side. m , the feedforward value ff calculated by the feedforward unit 12, the twist estimation angle θ t calculated by the twist angle / disturbance estimation observer 11, the twist estimation angular velocity θ t , and the servo motor 4 estimated angular velocity θ m ′. , The estimated disturbance torque d are input. Based on these, the control unit 13 calculates the difference between the target angle θ r of the servo motor 4 and the angle θ m of the servo motor 4, the target angular velocity θ r of the servo motor 4 and the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4. Find the difference between and. Then, the control unit 13 uses the following equation (11) to estimate the twist angle θ t and the estimated twist angular velocity θ.
t ' , estimated disturbance torque d , target angle θ r of servo motor 4
And the angle θ m of the servo motor 4, the servo motor 4
The difference between the target angular velocity θ r and the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4 is substituted to calculate the command torque τ, and this estimated torque τ is output to the amplifier unit 5.

【0069】[0069]

【数23】 (Equation 23)

【0070】なお、上記式(11)におけるf1 、f
2 、f3 、f4は制御の特性を決める制御パラメータで
ある。
Note that f 1 , f in the above equation (11)
2 , f 3 and f 4 are control parameters for determining control characteristics.

【0071】上述したようにして求められた指令トルク
τは、ロボット2に供給される。
The command torque τ obtained as described above is supplied to the robot 2.

【0072】ロボット2は、前述同様の状態方程式によ
って表現されるものであり、ロボット制御装置1の制御
部13により算出された指令トルクτを用い、サーボモ
ータ4の角度θm 、サーボモータ4の角速度θm '、アー
ム3の角度θa 、アーム3の角速度θa '、外乱トルクd
を状態変数としたダイナミックスに基づいて、サーボモ
ータ4が第2アーム3を駆動する。ロボット2の角度検
出器6は、このサーボモータ4の角度θm を検出し、ね
じれ角・外乱推定オブザーバ11及び制御部13に出力
する。
The robot 2 is represented by a state equation similar to that described above. The command torque τ calculated by the control unit 13 of the robot controller 1 is used to determine the angle θ m of the servo motor 4 and the servo motor 4. Angular velocity θ m , angle θ a of arm 3, angular velocity θ a ′ of arm 3, disturbance torque d
The servo motor 4 drives the second arm 3 on the basis of the dynamics in which is a state variable. The angle detector 6 of the robot 2 detects the angle θ m of the servo motor 4 and outputs it to the torsion angle / disturbance estimation observer 11 and the control unit 13.

【0073】上述した第2の実施の形態ロボット制御装
置1によれば、ねじれ角と外乱とを同時に推定するねじ
れ角・外乱推定手段を備えたことにより、剛性の低い2
慣性のロボット2に対して外乱に強い制御を行うので、
ロボット2側の第2アーム3の振動の抑制が図られると
ともに、当該ロボット2側の第2アーム3の位置決めの
高速化が図られる。また、このロボット制御装置1によ
れば、ロボット2による電子部品の組み立て等の作業効
率の向上が図られる。
According to the robot controller 1 of the second embodiment described above, since the torsion angle / disturbance estimating means for simultaneously estimating the torsion angle and the disturbance is provided, it is possible to reduce the rigidity of the robot.
Since the inertial robot 2 is strongly controlled against disturbance,
Vibration of the second arm 3 on the robot 2 side can be suppressed, and positioning of the second arm 3 on the robot 2 side can be speeded up. Further, according to the robot control device 1, work efficiency such as assembling of electronic parts by the robot 2 can be improved.

【0074】なお、図4の例では、説明を容易にするた
め、ロボット制御装置1を機能的な面から、ねじれ角・
外乱推定オブザーバ11と、フィードフォワード部12
と、制御部13との、各主要演算手段に便宜上分割して
いるが、これら各演算手段は必ずしも上述のように区切
る必要はなく、共通化した演算手段としたり、さらにこ
れらに属さない他の演算手段を有するものとしても良
い。また、本発明の第2の実施の形態ロボット制御装置
1は、各演算手段の代わりに、専用の演算手段を用いて
も良く、例えばパーソナルコンピュータなどの演算装置
による全体の演算手段を用いても良い。
In the example of FIG. 4, in order to facilitate the description, the robot controller 1 is provided with a twist angle
Disturbance estimation observer 11 and feedforward unit 12
, And the control unit 13 are divided into main operation means for convenience. However, these operation means do not necessarily have to be divided as described above, and may be common operation means or other operation means not belonging to them. It may have a calculation means. Further, the robot control device 1 according to the second embodiment of the present invention may use dedicated arithmetic means instead of the arithmetic means, for example, the entire arithmetic means by an arithmetic device such as a personal computer. good.

【0075】次に、本発明の第3の実施の形態として示
すロボット制御装置について説明する。この第3の実施
の形態のロボット制御装置は、図5に示すように、前記
図2の第1の実施の形態のロボット制御装置1にトルク
リミット部91を追加した構成であり、例えば基板に部
品を実装する際に用いる組立用の前記図1に示したもの
と同様のロボット2を制御するものである。
Next, a robot controller shown as a third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, the robot control device of the third embodiment has a configuration in which a torque limit unit 91 is added to the robot control device 1 of the first embodiment of FIG. The robot 2 is for controlling the same robot 2 as that shown in FIG. 1 for assembly used when mounting components.

【0076】この図5に示すように、第3の実施の形態
のロボット制御装置1は、主要構成要素として、ねじれ
角・外乱推定オブザーバ7と、フィードフォワード部8
と、制御部90と、トルクリミット部91とを備えてい
る。
As shown in FIG. 5, the robot controller 1 according to the third embodiment has a torsion angle / disturbance estimation observer 7 and a feedforward unit 8 as main components.
And a control unit 90 and a torque limit unit 91.

【0077】上記ねじれ角・外乱推定オブザーバ7とフ
ィードフォワード部8とは、前述の第1の実施の形態の
ロボット制御装置1と同様であり、ここでは詳細な内容
についての説明は省略する。
The torsion angle / disturbance estimation observer 7 and the feedforward unit 8 are the same as those of the robot controller 1 of the first embodiment described above, and the detailed description is omitted here.

【0078】制御部90には、端子20からのサーボモ
ータ4の目標角度θr の値と、ねじれ角・外乱推定オブ
ザーバ7からの第2アーム3の推定角度θa 、第2アー
ム3の推定角速度θa ' 、サーボモータ4の推定角速度θ
m ' 、推定外乱トルクの各値と、上記角度検出器6にて
検出された上記サーボモータ4の角度θmの値とが入力
される。
In the control unit 90, the value of the target angle θ r of the servo motor 4 from the terminal 20, the estimated angle θ a of the second arm 3 from the torsion angle / disturbance estimation observer 7 and the estimation of the second arm 3 are estimated. Angular velocity θ a , estimated angular velocity θ of servo motor 4
The respective values of m and the estimated disturbance torque d , and the value of the angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6 are input.

【0079】この制御部90及びその後段の演算部21
では、上記供給された各値を用いて、上記サーボモータ
4の角度θm と第2アーム3の推定角度θa との差分、
サーボモータ4の推定角速度θm ' と第2アーム3の推定
角速度θa ' との差分、サーボモータ4の目標角速度θr '
とサーボモータ4の推定角速度θm ' との差分、サーボモ
ータ4の目標角度θr とサーボモータ4の角度θm との
差分をそれぞれ求める。そして、上記制御部9及びその
後段の演算部21では、下記の式(15)により、上記
のように求めたサーボモータ4の角度θm と第2アーム
3の推定角度θa との差分、サーボモータ4の推定角速
θm ' と第2アーム3の推定角速度θa ' との差分、サー
ボモータ4の目標角速度θr 'とサーボモータ4の推定角
速度θm ' との差分、サーボモータ4の目標角度θr とサ
ーボモータ4の角度θm との差分、サーボモータ4の目
標角速度θr 'と、前記推定外乱トルクとから、計算ト
ルクτeを算出して出力する。
The control unit 90 and the arithmetic unit 21 in the subsequent stage
Then, using the respective supplied values, the difference between the angle θ m of the servo motor 4 and the estimated angle θ a of the second arm 3,
The difference between the 'estimated angular velocity theta a and the second arm 3' estimated angular velocity theta m of the servo motor 4, the target angular speed of the servo motor 4 theta r '
And the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4, and the difference between the target angle θ r of the servo motor 4 and the angle θ m of the servo motor 4 are obtained. Then, in the control unit 9 and the arithmetic unit 21 in the subsequent stage, the difference between the angle θ m of the servo motor 4 obtained as described above and the estimated angle θ a of the second arm 3 by the following equation (15), the difference between the 'estimated angular velocity theta a and the second arm 3' estimated angular velocity theta m of the servo motor 4, the difference between the 'estimated angular velocity theta m of the servo motor 4' target angular velocity theta r of the servo motor 4, the servomotor 4 The calculated torque τ e is calculated from the difference between the target angle θ r and the angle θ m of the servo motor 4, the target angular velocity θ r of the servo motor 4, and the estimated disturbance torque d .

【0080】[0080]

【数24】 (Equation 24)

【0081】なお、上記式(15)におけるf1 、f
2 、f3 、f4は制御の特性を決める制御パラメータで
ある。
Note that f 1 , f in the above equation (15)
2 , f 3 and f 4 are control parameters for determining control characteristics.

【0082】上述したようにして制御部90にて求めら
れた計算トルクτeは、トルクリミット部91に送られ
る。
The calculated torque τ e obtained by the control unit 90 as described above is sent to the torque limit unit 91.

【0083】上記トルクリミット部91は、下記の式
(16)によって、制御部90で算出された計算トルク
τeと、予め設定されたトルクリミット値τlとに基づい
て、ロボット2のアンプ部5に与える前記同様の指令ト
ルクτを算出する。
The torque limit unit 91 uses the following equation (16) to calculate the torque τ e calculated by the control unit 90 and the preset torque limit value τ l based on the amplifier unit of the robot 2. A command torque τ similar to the above given to 5 is calculated.

【0084】[0084]

【数25】 (Equation 25)

【0085】上記トルクリミット部91にて算出された
指令トルクτがロボット2に伝達される。なお、図5の
ロボット2の部分は、より詳細には前述した図3と同様
に表すものであり、その詳細な内容の説明については省
略する。
The command torque τ calculated by the torque limit unit 91 is transmitted to the robot 2. The part of the robot 2 in FIG. 5 is described in more detail in the same manner as in FIG. 3 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

【0086】上述した第3の実施の形態のロボット制御
装置1によれば、トルクリミット部91を備えたことに
より、サーボモータ4とアンプ部5によるトルクの制限
に従いつつ、サーボモータ4とアンプ部5の能力を十分
に引き出すことができ、これにより、ロボット2側の第
2アーム3の位置決めの高速化が図られる。したがっ
て、このロボット制御装置1によれば、ロボット2によ
る電子部品の組み立て等の作業効率の向上が図られる。
According to the robot control apparatus 1 of the third embodiment described above, the provision of the torque limit section 91 allows the servo motor 4 and the amplifier section 5 to comply with the torque limitation by the servo motor 4 and the amplifier section 5. It is possible to sufficiently bring out the capability of No. 5 and thereby speed up the positioning of the second arm 3 on the robot 2 side. Therefore, according to the robot control device 1, work efficiency such as assembling of electronic parts by the robot 2 can be improved.

【0087】なお、図5の例でも、説明を容易にするた
め、ロボット制御装置1を機能的な面から、ねじれ角・
外乱推定オブザーバ7と、フィードフォワード部8と、
制御部90と、トルクリミット部91との、各主要演算
手段に便宜上分割しているが、これら各演算手段は必ず
しも上述のように区切る必要はなく、共通化した演算手
段としたり、さらにこれらに属さない他の演算手段を有
するものとしても良い。また、本発明の実施の形態ロボ
ット制御装置1は、各演算手段の代わりに、専用の演算
手段を用いても良く、例えばパーソナルコンピュータな
どの演算装置による全体の演算手段を用いても良い。
In the example of FIG. 5 as well, in order to facilitate the explanation, the robot controller 1 is provided with a twist angle
A disturbance estimation observer 7, a feedforward unit 8,
Although the control unit 90 and the torque limit unit 91 are divided into main arithmetic means for convenience, these arithmetic means do not necessarily have to be divided as described above, and may be a common arithmetic means or further divided into them. You may have the other arithmetic means which does not belong. In addition, the robot control apparatus 1 according to the embodiment of the present invention may use a dedicated calculation unit instead of each calculation unit, and may use the entire calculation unit using a calculation device such as a personal computer.

【0088】次に、本発明の第4の実施の形態のロボッ
ト制御装置1を図6に示す。この第4の実施の形態のロ
ボット制御装置は、図6に示すように、前記図4に示し
た第2の実施の形態のロボット制御装置1にトルクリミ
ット部92を追加した構成であり、例えば基板に部品を
実装する際に用いる組立用の前記図1に示したものと同
様のロボット2を制御するものである。すなわち、この
第4の実施の形態のロボット制御装置1は、図6に示す
ように、基本的な構成を前記第2の実施の形態ロボット
制御装置と同様とするが、制御部93と、トルクリミッ
ト部92が異なる点に特徴を有している。なお、以下の
説明において、前述した第2の実施の形態装置と同一部
材、同一構成部については、同一符号を付すことによ
り、説明を省略する。
Next, FIG. 6 shows a robot controller 1 according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the robot control device of the fourth embodiment has a configuration in which a torque limit unit 92 is added to the robot control device 1 of the second embodiment shown in FIG. The robot 2 controls the same robot 2 as that shown in FIG. 1 for assembly used when mounting components on a board. That is, as shown in FIG. 6, the robot control device 1 according to the fourth embodiment has the same basic configuration as the robot control device according to the second embodiment, except that the control unit 93 and the torque are controlled. The limit part 92 is characterized in that it is different. In the following description, the same members and the same components as those of the above-described second embodiment device will be denoted by the same reference numerals and will not be described.

【0089】この第3の実施の形態のロボット制御装置
1においては、上記ねじれ角・外乱推定オブザーバ11
とフィードフォワード部12とは、前述の第2の実施の
形態のロボット制御装置1と同様であるため、それらの
詳細な説明は省略する。
In the robot controller 1 according to the third embodiment, the twist angle / disturbance estimation observer 11 is used.
Since the feed-forward unit 12 and the feed-forward unit 12 are the same as those of the robot control device 1 according to the second embodiment described above, detailed description thereof will be omitted.

【0090】制御部93では、上記サーボモータ4の所
望の目標角度θrと、ロボット2側の角度検出器6で検
出されたサーボモータ4の角度θmと、フィードフォワ
ード部12で算出されたフィードフォワード値ffと、ね
じれ角・外乱推定オブザーバ11で算出されたねじれ推
定角度θt 、ねじれ推定角速度θt ' 、サーボモータ4の
推定角速度θm ' 、推定外乱トルクとが入力される。こ
の制御部93では、これらに基づいて、サーボモータ4
の目標角度θr とサーボモータ4の角度θm との差分、
サーボモータ4の目標角速度θr 'とサーボモータ4の推
定角速度θm ' との差分を求める。そして、制御部13
は、下記式(23)に対して、これらねじれ角の推定値
θt 、ねじれ推定角速度θt ' 、推定外乱トルク、サー
ボモータ4の目標角度θr とサーボモータ4の角度θm
との差分、サーボモータ4の目標角速度θr 'とサーボモ
ータ4の推定角速度θm ' との差分を代入して、計算トル
クτeを算出し、当該算出トルクτeをトルクリミット部
92に伝送する。
In the control unit 93, the desired target angle θ r of the servo motor 4, the angle θ m of the servo motor 4 detected by the angle detector 6 on the robot 2 side, and the feed forward unit 12 are calculated. The feedforward value ff, the twist estimation angle θ t calculated by the twist / disturbance estimation observer 11, the twist estimation angular velocity θ t , the servo motor 4 estimated angular velocity θ m , and the estimated disturbance torque d are input. In the control unit 93, based on these, the servo motor 4
Difference between the target angle θ r and the angle θ m of the servo motor 4,
The difference between the target angular velocity θ r of the servo motor 4 and the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4 is calculated. And the control unit 13
Is the estimated value of these twist angles with respect to the following equation (23).
θ t , estimated torsional angular velocity θ t , estimated disturbance torque d , target angle θ r of servo motor 4 and angle θ m of servo motor 4
And the target angular velocity θ r of the servo motor 4 and the estimated angular velocity θ m of the servo motor 4 are substituted to calculate the calculated torque τ e , and the calculated torque τ e is stored in the torque limit unit 92. To transmit.

【0091】[0091]

【数26】 (Equation 26)

【0092】なお、上記式(23)におけるf1 、f
2 、f3 、f4は制御の特性を決める制御パラメータで
ある。
Note that f 1 , f in the above equation (23)
2 , f 3 and f 4 are control parameters for determining control characteristics.

【0093】上述したようにして制御部93にて求めら
れた計算トルクτeは、トルクリミット部92に送られ
る。
The calculated torque τ e obtained by the control unit 93 as described above is sent to the torque limit unit 92.

【0094】上記トルクリミット部92は、下記の式
(24)によって、制御部93で算出された計算トルク
τeと、予め設定されたトルクリミット値τlとに基づい
て、ロボット2のアンプ部5に与える前記同様の指令ト
ルクτを算出する。
The torque limit section 92 uses the following equation (24) to calculate the torque τ e calculated by the control section 93 and the preset torque limit value τ l based on the amplifier section of the robot 2. A command torque τ similar to the above given to 5 is calculated.

【0095】[0095]

【数27】 [Equation 27]

【0096】上記トルクリミット部91にて算出された
指令トルクτがロボット2に伝達される。なお、図6の
ロボット2の部分は、より詳細には前述した図3と同様
に表すものであり、その詳細な内容の説明については省
略する。
The command torque τ calculated by the torque limit unit 91 is transmitted to the robot 2. The part of the robot 2 in FIG. 6 is described in more detail in the same manner as in FIG. 3 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

【0097】上述した第4の実施の形態のロボット制御
装置1によれば、トルクリミット部92を備えたことに
より、サーボモータ4とアンプ部5によるトルクの制限
に従いつつ、サーボモータ4とアンプ部5の能力を十分
に引き出すことができ、これにより、ロボット2側の第
2アーム3の位置決めの高速化が図られる。したがっ
て、このロボット制御装置1によれば、ロボット2によ
る電子部品の組み立て等の作業効率の向上が図られる。
According to the robot controller 1 of the fourth embodiment described above, the provision of the torque limit unit 92 allows the servo motor 4 and the amplifier unit 5 to comply with the torque limitation of the servo motor 4 and the amplifier unit 5. It is possible to sufficiently bring out the capability of No. 5 and thereby speed up the positioning of the second arm 3 on the robot 2 side. Therefore, according to the robot control device 1, work efficiency such as assembling of electronic parts by the robot 2 can be improved.

【0098】なお、図6の例でも、説明を容易にするた
め、ロボット制御装置1を機能的な面から、ねじれ角・
外乱推定オブザーバ11と、フィードフォワード部12
と、制御部93と、トルクリミット部92との、各主要
演算手段に便宜上分割しているが、これら各演算手段は
必ずしも上述のように区切る必要はなく、共通化した演
算手段としたり、さらにこれらに属さない他の演算手段
を有するものとしても良い。また、本発明の実施の形態
ロボット制御装置1は、各演算手段の代わりに、専用の
演算手段を用いても良く、例えばパーソナルコンピュー
タなどの演算装置による全体の演算手段を用いても良
い。
In the example of FIG. 6 as well, in order to facilitate the explanation, the robot controller 1 is provided with a twist angle
Disturbance estimation observer 11 and feedforward unit 12
, The control unit 93 and the torque limit unit 92 are divided into respective main calculation means for convenience, but these calculation means do not necessarily have to be divided as described above, and common calculation means may be used. It is also possible to have other computing means not belonging to these. In addition, the robot control apparatus 1 according to the embodiment of the present invention may use a dedicated calculation unit instead of each calculation unit, and may use the entire calculation unit using a calculation device such as a personal computer.

【0099】[0099]

【発明の効果】上述したように、本発明に係るロボット
制御装置によれば、ねじれ角と外乱とを同時に推定する
ねじれ角・外乱推定手段を備えたことにより、ロボット
側の駆動部の振動の抑制が図られるとともに、当該駆動
部の位置決めの高速化が図られる。また、このロボット
制御装置によれば、ロボットによる電子部品の組み立て
等の作業効率の向上が図られる。
As described above, according to the robot control apparatus of the present invention, since the torsion angle / disturbance estimating means for simultaneously estimating the torsion angle and the disturbance is provided, the vibration of the drive unit on the robot side can be suppressed. In addition to being suppressed, positioning of the drive unit can be speeded up. Further, according to this robot control device, it is possible to improve work efficiency such as assembling of electronic parts by the robot.

【0100】また、本発明に係るロボット制御装置によ
れば、トルクリミット手段を設けたことにより、指令ト
ルクを制限しながら良好な制御結果を得ることができる
と共に、サーボモータとアンプの能力を有効に利用する
ことにより、駆動部の位置決めの高速化が可能となって
いる。
Further, according to the robot control apparatus of the present invention, by providing the torque limit means, it is possible to obtain a good control result while limiting the command torque, and to make the servomotor and the amplifier effective. It is possible to speed up the positioning of the drive unit by utilizing the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る第1の実施の形態のロボット制御
装置とその制御対象であるロボットを示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a robot controller according to a first embodiment of the present invention and a robot to be controlled by the robot controller.

【図2】本発明に係る第1の実施の形態のロボット制御
装置がロボットを制御する状態を説明するために示すブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram shown for explaining a state in which the robot control device according to the first embodiment of the present invention controls a robot.

【図3】ロボットのアームを駆動する状態を説明するた
めに示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram shown for explaining a state in which an arm of a robot is driven.

【図4】本発明に係る第2の実施の形態ロボット制御装
置がロボットを制御する状態を説明するために示すブロ
ック図である。
FIG. 4 is a block diagram shown for explaining a state in which a robot control device according to a second embodiment of the present invention controls a robot.

【図5】本発明に係る第3の実施の形態のロボット制御
装置がロボットを制御する状態を説明するために示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram shown for explaining a state in which a robot controller according to a third embodiment of the present invention controls a robot.

【図6】本発明に係る第4の実施の形態ロボット制御装
置がロボットを制御する状態を説明するために示すブロ
ック図である。
FIG. 6 is a block diagram shown for explaining a state in which a robot control device according to a fourth embodiment of the present invention controls a robot.

【図7】従来のロボット制御装置がロボットを制御する
状態を説明するために示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram shown for explaining a state in which a conventional robot control device controls a robot.

【図8】従来のロボット制御装置の制御対象であるロボ
ットを模式的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a robot to be controlled by a conventional robot control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット制御装置、 2 ロボット、 3 第2
アーム、 4 サーボモータ、 5 アンプ、 6 角
度検出器、 7,11 ねじれ角・外乱推定オブザー
バ、 8,12 フィードフォワード部、 9,90,
93 制御部、91,92 トルクリミット部、 d
外乱トルク、 推定外乱トルク、τ 指令トルク、
θa アームの角度、 θa ' アームの角速度、 θ
a アームの推定角度、 θa ' アームの推定角速度、
θm サーボモータの角度、θm ' サーボモータの角
速度、 θm ' サーボモータの推定角速度、 θr サー
ボモータの目標角度、 θr ' サーボモータの目標角速
度、 θt ねじれ角の推定値、 θt ' ねじれ推定角
速度
1 robot controller, 2 robot, 3 second
Arm, 4 servo motor, 5 amplifier, 6 angle detector, 7,11 torsion angle / disturbance estimation observer, 8,12 feed forward section, 9,90,
93 control unit, 91, 92 torque limit unit, d
Disturbance torque, d estimated disturbance torque, τ command torque,
θ a Arm angle, θ a ' Arm angular velocity, θ
Estimated angle of a- arm, θ a ' Estimated angular velocity of arm,
θ m Servo motor angle, θ m ' Servo motor angular velocity, θ m ' Servo motor estimated angular velocity, θ r Servo motor target angle, θ r ' Servo motor target angular velocity, θ t Torsional angle estimated value, θ t ' Torsion estimated angular velocity

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動部と、上記駆動部を駆動するサーボ
モータと、上記サーボモータにトルクを発生させるアン
プと、上記サーボモータの角度を検出する角度検出手段
とを備えるロボットを制御対象とし、 上記アンプに与える指令トルクと上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度とに基づいて、ロボット
の駆動部の角度とロボットの駆動部の角度の時間微分値
であるロボットの駆動部の角速度と、サーボモータの角
度の時間微分値であるサーボモータの角速度と、ロボッ
トに外乱として加わる外乱トルクとを推定するねじれ角
・外乱推定手段と、 サーボモータの目標角度に基づいて、サーボモータの目
標角速度を算出するフィードフォワード手段と、 上記サーボモータの目標角度と、上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度と、上記フィードフォワ
ード手段より算出されたサーボモータの目標角速度と、
上記ねじれ角・外乱推定手段より推定されたロボットの
駆動部の推定角度とロボットの駆動部の推定角速度とサ
ーボモータの推定角速度及び推定外乱トルクとに基づい
て、アンプに与える指令トルクを算出する制御手段とを
備え、 上記制御手段が算出した指令トルクに基づいて上記ロボ
ットを制御することを特徴とするロボット制御装置。
1. A robot to be controlled, comprising: a drive unit, a servo motor for driving the drive unit, an amplifier for generating torque in the servo motor, and an angle detection unit for detecting an angle of the servo motor. Based on the command torque given to the amplifier and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the angular velocity of the robot drive unit, which is the time derivative of the angle of the robot drive unit and the robot drive unit, , Torsional angle / disturbance estimation means for estimating the servomotor angular velocity, which is the time derivative of the servomotor angle, and the disturbance torque applied to the robot as a disturbance, and the servomotor target angular velocity based on the servomotor target angle Feedforward means for calculating the target angle of the servo motor, and the servo motor detected by the angle detecting means. Angle, the target angular velocity of the servomotor calculated by the feedforward means,
Control for calculating a command torque to be given to the amplifier based on the estimated angle of the robot drive unit estimated by the twist angle / disturbance estimation means, the estimated angular velocity of the robot drive unit, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque. Means for controlling the robot based on the command torque calculated by the control means.
【請求項2】 下記式(1)の状態方程式にて表される
上記ロボットを制御することを特徴とする請求項1に記
載のロボット制御装置。 【数1】 なお、上記式(1)におけるθm はサーボモータの角
度、θm 'はサーボモータの角速度、Jm はサーボモータ
のイナーシャ、Dm はサーボモータの粘性摩擦、θa
駆動部の角度、θa 'は駆動部の角速度、Ja は駆動部の
イナーシャ、Daは駆動部の粘性摩擦、Kはサーボモー
タ軸と駆動部間のギヤのバネ定数、Nはギヤ比、dはサ
ーボモータのモータ軸に加わる外乱トルク、τは指令ト
ルクである。
2. The robot controller according to claim 1, wherein the robot is controlled by the state equation of the following equation (1). [Equation 1] In the above equation (1), θ m is the angle of the servo motor, θ m ' is the angular velocity of the servo motor, J m is the inertia of the servo motor, D m is the viscous friction of the servo motor, θ a is the angle of the drive unit, θ a ' is the angular velocity of the drive unit, J a is the inertia of the drive unit, D a is the viscous friction of the drive unit, K is the spring constant of the gear between the servo motor shaft and the drive unit, N is the gear ratio, and d is the servo motor. Is the disturbance torque applied to the motor shaft, and τ is the command torque.
【請求項3】 上記ねじれ角・外乱推定手段は、指令ト
ルクτ及びサーボモータの角度θm を用いて、下記式
(2)、式(3)により、駆動部の推定角度θa と、駆
動部の推定角速度θa ' と、サーボモータの推定角速度θ
m ' 及び推定外乱トルクとをそれぞれ算出することを特
徴とする請求項2に記載のロボット制御装置。 【数2】 なお、上記式(2)、式(3)におけるz1 、z2 、z
3 、z4 は最小次元オブザーバの状態変数、k1 、k
2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラメータである。
3. The torsion angle / disturbance estimating means uses the command torque τ and the angle θ m of the servo motor to calculate the estimated angle θ a of the drive unit and the drive angle by the following equations (2) and (3). Estimated angular velocity θ a ' and estimated servo motor angular velocity θ
m 'and the robot control apparatus according to claim 2, characterized in that the respectively calculated and the estimated disturbance torque d. [Equation 2] Note that z 1 , z 2 , and z in the above formulas (2) and (3)
3 , z 4 are state variables of the minimum dimensional observer, k 1 , k
2 , k 3 and k 4 are parameters that determine the estimated speed.
【請求項4】 上記制御手段は、サーボモータの角度θ
m と、駆動部の推定角度θa と、サーボモータの推定角
速度θm ' と、駆動部の推定角速度θa ' と、推定外乱トル
と、サーボモータの目標角度θr と、サーボモータ
の目標角速度θr 'とを用いて、下記式(4)により、指
令トルクτを算出することを特徴とする請求項3に記載
のロボット制御装置。 【数3】 なお、上記式(4)におけるf1 、f2 、f3 、f4
制御の特性を決める制御パラメータである。
4. The angle θ of the servomotor is controlled by the control means.
and m, and the estimated angle theta a drive unit, 'and the estimated angular velocity theta a drive unit' estimated angular velocity theta m of the servo motor and the estimated disturbance torque d, and the target angle theta r of the servo motor, the servo motor The robot controller according to claim 3, wherein the command torque τ is calculated by the following equation (4) using the target angular velocity θ r . (Equation 3) Note that f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 in the above equation (4) are control parameters that determine the control characteristics.
【請求項5】 駆動部と、上記駆動部を駆動するサーボ
モータと、上記サーボモータにトルクを発生させるアン
プと、上記サーボモータの角度を検出する角度検出手段
とを備えるロボットを制御対象とし、 上記アンプに与える指令トルクと上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度とに基づいて、ロボット
の駆動部の角度とサーボモータの角度との差であるねじ
れ角度と、ねじれ角度の時間微分値であるねじれ角速度
と、サーボモータの角度の時間微分値であるサーボモー
タの角速度と、ロボットに外乱として加わる外乱トルク
とを推定するねじれ角・外乱推定手段と、 サーボモータの目標角度に基づいて、フィードフォワー
ド値を算出するフィードフォワード手段と、 上記サーボモータの目標角度と、上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度と、上記フィードフォワ
ード手段より算出されたフィードフォワード値と、上記
ねじれ角・外乱推定手段より推定されたねじれ推定角度
とねじれ推定角速度と推定外乱トルク及びサーボモータ
の推定角速度とに基づいて、上記アンプに与える指令ト
ルクを算出する制御手段とを備え、 上記制御手段が算出した指令トルクに基づいて上記ロボ
ットを制御することを特徴とするロボット制御装置。
5. A control target is a robot including a drive unit, a servo motor for driving the drive unit, an amplifier for generating torque in the servo motor, and an angle detection unit for detecting an angle of the servo motor, Based on the command torque given to the amplifier and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the twist angle, which is the difference between the angle of the drive unit of the robot and the angle of the servo motor, and the time derivative of the twist angle. Based on the target angle of the servomotor and the torsional angle / disturbance estimation means for estimating the servomotor angular velocity, which is the time derivative of the servomotor angle, and the disturbance torque applied to the robot as a disturbance. Feedforward means for calculating a feedforward value, a target angle of the servo motor, and detection by the angle detection means Angle of the servo motor, a feedforward value calculated by the feedforward means, a twist estimated angle estimated by the twist angle / disturbance estimation means, a twist estimated angular velocity, an estimated disturbance torque, and an estimated angular velocity of the servomotor. And a control means for calculating a command torque given to the amplifier based on the above, and controlling the robot based on the command torque calculated by the control means.
【請求項6】 下記式(5)の状態方程式にて表される
上記ロボットを制御することを特徴とする請求項5に記
載のロボット制御装置。 【数4】 なお、上記式(5)におけるθm はサーボモータの角
度、θm 'はサーボモータの角速度、Jm はサーボモータ
のイナーシャ、Dm はサーボモータの粘性摩擦、θa
駆動部の角度、θa 'は駆動部の角速度、Ja は駆動部の
イナーシャ、Daは駆動部の粘性摩擦、Kはサーボモー
タ軸と駆動部間のギヤのバネ定数、Nはギヤ比、dはサ
ーボモータのモータ軸に加わる外乱トルク、τは指令ト
ルクである。
6. The robot controller according to claim 5, which controls the robot represented by a state equation of the following equation (5). (Equation 4) In the above equation (5), θ m is the angle of the servo motor, θ m ' is the angular velocity of the servo motor, J m is the inertia of the servo motor, D m is the viscous friction of the servo motor, θ a is the angle of the drive unit, θ a ' is the angular velocity of the drive unit, J a is the inertia of the drive unit, D a is the viscous friction of the drive unit, K is the spring constant of the gear between the servo motor shaft and the drive unit, N is the gear ratio, and d is the servo motor. Is the disturbance torque applied to the motor shaft, and τ is the command torque.
【請求項7】 上記ねじれ角・外乱推定手段は、指令ト
ルクτ及びサーボモータの角度θm を用いて、下記式
(6)、式(7)、式(8)、式(9)により、駆動部
の推定角度θa と、駆動部の推定角速度θa ' と、サーボ
モータの推定角速度θm ' 及び推定外乱トルクとをそれ
ぞれ算出し、ねじれ推定角度θt と、ねじれ推定角速度
θt ' とをそれぞれ算出することを特徴とする請求項6に
記載のロボット制御装置。 【数5】 なお、上記式(6)、式(7)におけるz1 、z2 、z
3 、z4 は最小次元オブザーバの状態変数、k1 、k
2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラメータである。
7. The twist angle / disturbance estimating means uses the command torque τ and the angle θ m of the servomotor according to the following equations (6), (7), (8), and (9): The estimated angle θ a of the drive unit, the estimated angular velocity θ a of the drive unit, the estimated angular velocity θ m of the servo motor, and the estimated disturbance torque d are calculated, and the estimated twist angle θ t and the estimated twist angular velocity are calculated.
The robot controller according to claim 6, wherein θ t ' is calculated respectively. (Equation 5) Note that z 1 , z 2 , and z in the above formulas (6) and (7) are
3 , z 4 are state variables of the minimum dimensional observer, k 1 , k
2 , k 3 and k 4 are parameters that determine the estimated speed.
【請求項8】 上記フィードフォワード手段は、サーボ
モータの目標角度θrの時間微分値であるサーボモータ
の目標角速度θr 'と、サーボモータの目標角速度θr '
時間微分値であるサーボモータの目標角加速度θr "とを
用いて、下記式(10)により、フィードフォワード値
ffを算出することを特徴とする請求項7に記載のロボッ
ト制御装置。 【数6】 なお、上記式(10)におけるff1 、ff2 はフィードフ
ォワードパラメータである。
8. The feedforward means, 'and target angular velocity theta r of the servo motor' target angular velocity theta r of the servo motor is a time differential value of the target angle theta r of the servo motor servo motor which is a time differential value of And the target angular acceleration θ r "of
The robot controller according to claim 7, wherein ff is calculated. (Equation 6) Note that ff 1 and ff 2 in the above equation (10) are feedforward parameters.
【請求項9】 上記制御手段は、下記式(11)によ
り、サーボモータの目標角度θrと、サーボモータの目
標角速度θr 'と、サーボモータの角度θmと、サーボモ
ータの推定角速度θm ' と、フィードフォワード値ffと、
ねじれ角の推定値θt と、ねじれ推定角速度θt ' と、推
定外乱トルクとを用いて、指令トルクτを算出するこ
とを特徴とする請求項8に記載のロボット制御装置。 【数7】 なお、上記式(11)におけるf1 、f
2 、f3 、f4は制御の特 性を決める制御パラメータである。
9. The control means uses the following equation (11) to calculate a target angle θ r of the servo motor, a target angular velocity θ r of the servo motor, an angle θ m of the servo motor, and an estimated angular velocity θ of the servo motor. m ' , feedforward value ff,
9. The robot controller according to claim 8, wherein the command torque τ is calculated using the estimated value of twist angle θ t , the estimated twist angular velocity θ t ′, and the estimated disturbance torque d . Equation 7] In addition, f 1 in the formula (11), f
2, f 3, f 4 is controlled in Japanese This is a control parameter that determines the sex.
【請求項10】 駆動部と、上記駆動部を駆動するサー
ボモータと、サーボモータにトルクを発生させるアンプ
と、サーボモータの角度を検出する角度検出手段とを備
えるロボットを制御対象とし、 上記アンプに与える指令トルクと上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度とに基づいて、ロボット
の駆動部の角度と、ロボットの駆動部の角度の時間微分
値であるロボットの駆動部の角速度と、サーボモータの
角度の時間微分値であるサーボモータの角速度と、ロボ
ットに外乱として加わる外乱トルクとを推定するねじれ
角・外乱推定手段と、 サーボモータの目標角度に基づいて、サーボモータの目
標角速度を算出するフィードフォワード手段と、 上記サーボモータの目標角度と、上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度と、上記フィードフォワ
ード手段より算出されたサーボモータの目標角速度と、
上記ねじれ角・外乱推定手段より推定されたロボットの
駆動部の推定角度とロボットの駆動部の推定角速度とサ
ーボモータの推定角速度及び推定外乱トルクとに基づい
て、計算トルクを算出する制御手段と、 上記制御手段が算出した計算トルクに基づいて、予め設
定されたトルクリミット値によってトルクリミット値以
内に制限された上記アンプに与える指令トルクを算出す
るトルクリミット手段とを備え、 上記トルクリミット手段が算出した指令トルクに基づい
て上記ロボットを制御することを特徴とするロボット制
御装置。
10. A robot having a drive unit, a servo motor for driving the drive unit, an amplifier for generating torque in the servo motor, and an angle detection unit for detecting an angle of the servo motor is a control target, and the amplifier is used as the control target. Based on the command torque given to the and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the angle of the drive unit of the robot, the angular velocity of the drive unit of the robot is a time derivative of the angle of the drive unit of the robot, The servo motor angular velocity, which is the time derivative of the servo motor angle, and the torsion angle / disturbance estimation means that estimates the disturbance torque applied to the robot as a disturbance, and the target angular velocity of the servo motor based on the target angle of the servo motor. The feed forward means for calculating, the target angle of the servo motor, and the servo motor detected by the angle detecting means. The angle, the target angular velocity of the servomotor calculated by the feedforward means,
Based on the estimated angle of the drive unit of the robot estimated by the twist angle / disturbance estimation unit, the estimated angular velocity of the drive unit of the robot, the estimated angular velocity of the servo motor, and the estimated disturbance torque, a control unit that calculates a calculated torque, and Torque limit means for calculating a command torque given to the amplifier limited within a torque limit value by a preset torque limit value based on the calculated torque calculated by the control means, and the torque limit means calculates A robot controller that controls the robot based on the commanded torque.
【請求項11】 下記式(12)の状態方程式にて表さ
れる上記ロボットを制御することを特徴とする請求項1
0に記載のロボット制御装置。 【数8】 なお、上記式(12)におけるθm はサーボモータの角
度、θm 'はサーボモータの角速度、Jm はサーボモータ
のイナーシャ、Dm はサーボモータの粘性摩擦、θa
駆動部の角度、θa 'は駆動部の角速度、Ja は駆動部の
イナーシャ、Da は駆動部の粘性摩擦、Kはサーボモー
タ軸と駆動部間のギヤのバネ定数、Nはギヤ比、dはサ
ーボモータのモータ軸に加わる外乱トルク、τは指令ト
ルクである。
11. The robot according to claim 1, which is represented by a state equation of the following equation (12) is controlled.
0. The robot controller according to item 0. (Equation 8) In the above formula (12), θ m is the angle of the servo motor, θ m ' is the angular velocity of the servo motor, J m is the inertia of the servo motor, D m is the viscous friction of the servo motor, and θ a is the angle of the drive unit. θ a ' is the angular velocity of the drive unit, J a is the inertia of the drive unit, D a is the viscous friction of the drive unit, K is the spring constant of the gear between the servo motor shaft and the drive unit, N is the gear ratio, and d is the servo motor. Is the disturbance torque applied to the motor shaft, and τ is the command torque.
【請求項12】 上記ねじれ角・外乱推定手段は、指令
トルクτ及びサーボモータの角度θm を用いて、下記式
(13)、式(14)により、駆動部の推定角度θa
と、駆動部の推定角速度θa ' と、サーボモータの推定角
速度θm ' 及び推定外乱トルクとをそれぞれ算出するこ
とを特徴とする請求項11に記載のロボット制御装置。 【数9】 なお、上記式(13)、式(14)におけるz1 、z
2 、z3 、z4 は最小次元オブザーバの状態変数、k
1 、k2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラメータで
ある。
12. The torsion angle / disturbance estimation means is a command
Torque τ and servo motor angle θm Using
Estimated angle of the drive unit from (13) and equation (14)θ a
And the estimated angular velocity of the driveθ a ' And the estimated angle of the servo motor
speedθ m ' And estimated disturbance torquedAnd can be calculated respectively
The robot controller according to claim 11, wherein: (Equation 9)Note that z in the above equations (13) and (14)1 , Z
Two , ZThree , ZFour Is the state variable of the minimum dimensional observer, k
1 , KTwo , KThree , KFour Is a parameter that determines the estimated speed
is there.
【請求項13】 上記制御手段は、サーボモータの角度
θm と、駆動部の推定角度θa と、サーボモータの推定
角速度θm ' と、駆動部の推定角速度θa ' と、推定外乱ト
ルクと、サーボモータの目標角度θr と、サーボモー
タの目標角速度θr 'とを用いて、下記式(15)によ
り、計算トルクτeを算出することを特徴とする請求項
12に記載のロボット制御装置。 【数10】 なお、上記式(15)におけるf1 、f2 、f3 、f4
は制御の特性を決める制御パラメータである。
13. The control means includes a servo motor angle θ m , an estimated drive angle θ a , an estimated servo motor angular velocity θ m , an estimated drive angular velocity θ a ′, and an estimated disturbance torque. 13. The calculated torque τ e is calculated by the following equation (15) using d , the target angle θ r of the servo motor, and the target angular velocity θ r of the servo motor. Robot controller. (Equation 10) Note that f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 in the above formula (15) are
Is a control parameter that determines the control characteristics.
【請求項14】 上記トルクリミット手段は、下記式
(16)により、計算トルクτeに基づいて、予め設定
されたトルクリミット値τl以内に制限された指令トル
クτを算出することを特徴とする請求項13に記載のロ
ボット制御装置。 【数11】
14. The torque limit means calculates a command torque τ limited within a preset torque limit value τ l based on the calculated torque τ e by the following equation (16). The robot controller according to claim 13. [Equation 11]
【請求項15】 駆動部と、上記駆動部を駆動するサー
ボモータと、上記サーボモータにトルクを発生させるア
ンプと、上記サーボモータの角度を検出する角度検出手
段とを備えるロボットを制御対象とし、 上記アンプに与える指令トルクと上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度とに基づいて、ロボット
の駆動部の角度とサーボモータの角度との差であるねじ
れ角度と、ねじれ角度の時間微分値であるねじれ角速度
と、サーボモータの角度の時間微分値であるサーボモー
タの角速度と、ロボットに外乱として加わる外乱トルク
とを推定するねじれ角・外乱推定手段と、 サーボモータの目標角度に基づいて、フィードフォワー
ド値を算出するフィードフォワード手段と、 上記サーボモータの目標角度と、上記角度検出手段より
検出されたサーボモータの角度と、上記フィードフォワ
ード手段より算出されたフィードフォワード値と、上記
ねじれ角・外乱推定手段より推定されたねじれ推定角度
とねじれ推定角速度と推定外乱トルク及びサーボモータ
の推定角速度とに基づいて、計算トルクを算出する制御
手段と、 上記制御手段が算出した計算トルクに基づいて、予め設
定されたトルクリミット値によってトルクリミット値以
内に制限された上記アンプに与える指令トルクを算出す
るトルクリミット手段とを備え、 上記トルクリミット手段が算出した指令トルクに基づい
て上記ロボットを制御することを特徴とするロボット制
御装置。
15. A robot to be controlled is provided with a drive section, a servo motor for driving the drive section, an amplifier for generating torque in the servo motor, and an angle detection means for detecting an angle of the servo motor. Based on the command torque given to the amplifier and the angle of the servo motor detected by the angle detection means, the twist angle, which is the difference between the angle of the drive unit of the robot and the angle of the servo motor, and the time derivative of the twist angle. Based on the target angle of the servomotor and the torsional angle / disturbance estimation means for estimating the servomotor angular velocity, which is the time derivative of the servomotor angle, and the disturbance torque applied to the robot as a disturbance. The feedforward means for calculating the feedforward value, the target angle of the servo motor, and the angle detection means detect the angle. The servo motor angle output, the feedforward value calculated by the feedforward means, the twist angle / twist angle estimated by the twist angle / disturbance estimation means, the twist estimated angular velocity, the estimated disturbance torque, and the servomotor estimated angular velocity. Based on the control means for calculating the calculated torque, and the calculated torque calculated by the control means, the command torque given to the amplifier limited within the torque limit value by the preset torque limit value is calculated. And a torque limit unit for controlling the robot based on the command torque calculated by the torque limit unit.
【請求項16】 下記式(17)の状態方程式にて表さ
れる上記ロボットを制御することを特徴とする請求項1
5に記載のロボット制御装置。 【数12】 なお、上記式(17)におけるθm はサーボモータの角
度、θm 'はサーボモータの角速度、Jm はサーボモータ
のイナーシャ、Dm はサーボモータの粘性摩擦、θa
駆動部の角度、θa 'は駆動部の角速度、Ja は駆動部の
イナーシャ、Da は駆動部の粘性摩擦、Kはサーボモー
タ軸と駆動部間のギヤのバネ定数、Nはギヤ比、dはサ
ーボモータのモータ軸に加わる外乱トルク、τは指令ト
ルクである。
16. The robot according to claim 1, which is represented by a state equation of the following equation (17) is controlled.
5. The robot controller according to item 5. (Equation 12) In the above equation (17), θ m is the angle of the servo motor, θ m ' is the angular velocity of the servo motor, J m is the inertia of the servo motor, D m is the viscous friction of the servo motor, and θ a is the angle of the drive unit. θ a ' is the angular velocity of the drive unit, J a is the inertia of the drive unit, D a is the viscous friction of the drive unit, K is the spring constant of the gear between the servo motor shaft and the drive unit, N is the gear ratio, and d is the servo motor. Is the disturbance torque applied to the motor shaft, and τ is the command torque.
【請求項17】 上記ねじれ角・外乱推定手段は、指令
トルクτ及びサーボモータの角度θm を用いて、下記式
(18)、式(19)、式(20)、式(21)によ
り、駆動部の推定角度θa と、駆動部の推定角速度θa '
と、サーボモータの推定角速度θm ' 及び推定外乱トルク
とをそれぞれ算出し、ねじれ推定角度θt と、ねじれ
推定角速度θt ' とをそれぞれ算出することを特徴とする
請求項16に記載のロボット制御装置。 【数13】 なお、上記式(18)、式(19)におけるz1 、z
2 、z3 、z4 は最小次元オブザーバの状態変数、k
1 、k2 、k3 、k4 は推定速度を決めるパラメータで
ある。
17. The twist angle / disturbance estimation means uses the command torque τ and the angle θ m of the servomotor according to the following equation (18), equation (19), equation (20), and equation (21). Estimated drive angle θ a and estimated drive angular velocity θ a '
And the estimated angular velocity θ m ' of servo motor and estimated disturbance torque
17. The robot controller according to claim 16, wherein d is calculated respectively, and the twist estimated angle θ t and the twist estimated angular velocity θ t are calculated respectively. (Equation 13) Note that z 1 and z in the above formulas (18) and (19)
2 , z 3 and z 4 are state variables of the minimum dimensional observer, k
1 , k 2 , k 3 and k 4 are parameters that determine the estimated speed.
【請求項18】 上記フィードフォワード手段は、サー
ボモータの目標角度θr の時間微分値であるサーボモー
タの目標角速度θr 'と、サーボモータの目標角速度θr '
の時間微分値であるサーボモータの目標角加速度θr "
を用いて、下記式(22)により、フィードフォワード
値ffを算出することを特徴とする請求項17に記載のロ
ボット制御装置。 【数14】 なお、上記式(22)におけるff1 、ff2 はフィードフ
ォワードパラメータである。
18. The feedforward means comprises a target angular velocity θ r of the servo motor and a target angular velocity θ r of the servo motor, which is a time derivative of a target angle θ r of the servo motor.
18. The robot controller according to claim 17, wherein the feedforward value ff is calculated by the following equation (22) using the target angular acceleration θ r " of the servo motor, which is the time differential value of. Number 14] Note that ff 1 and ff 2 in the above equation (22) are feedforward parameters.
【請求項19】 上記制御手段は、下記式(23)によ
り、サーボモータの目標角度θrと、サーボモータの目
標角速度θr 'と、サーボモータの角度θmと、サーボモ
ータの推定角速度θm ' と、フィードフォワード値ffと、
ねじれ角の推定値θt と、ねじれ推定角速度θt ' と、推
定外乱トルクとを用いて、計算トルクτeを算出する
ことを特徴とする請求項18に記載のロボット制御装
置。 【数15】 なお、上記式(23)におけるf1 、f
2 、f3 、f4は制御の 特性を決める制御パラメータである。
19. The control means uses the following equation (23) to calculate a target angle θ r of the servo motor, a target angular velocity θ r of the servo motor, an angle θ m of the servo motor, and an estimated angular velocity θ of the servo motor. m ' , feedforward value ff,
19. The robot controller according to claim 18, wherein the calculated torque τ e is calculated using the estimated value of twist angle θ t , the estimated twist angular velocity θ t ′, and the estimated disturbance torque d . [Mathematical formula-see original document] Note that f 1 , f in the above equation (23)
2 , f 3 , f 4 are control It is a control parameter that determines the characteristics.
【請求項20】 上記トルクリミット手段は、下記式
(24)により、計算トルクτeに基づいて、予め設定
されたトルクリミット値τl以内に制限された指令トル
クτを算出することを特徴とする請求項19に記載のロ
ボット制御装置。 【数16】
20. The torque limit means calculates a command torque τ limited within a preset torque limit value τ l based on the calculated torque τ e by the following formula (24). 20. The robot controller according to claim 19. (Equation 16)
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