JPH1058368A - Manipulator control device - Google Patents

Manipulator control device

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JPH1058368A
JPH1058368A JP8222798A JP22279896A JPH1058368A JP H1058368 A JPH1058368 A JP H1058368A JP 8222798 A JP8222798 A JP 8222798A JP 22279896 A JP22279896 A JP 22279896A JP H1058368 A JPH1058368 A JP H1058368A
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JP
Japan
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manipulator
joint
control
target
joint angle
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Pending
Application number
JP8222798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitake Yamaguchi
慶剛 山口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control the motion and angle of a joint with high reliability and high accuracy by estimating the fluctuation of a dynamic characteristic with high accuracy. SOLUTION: The control gains of the second and the third PID controllers 13 and 15 for applying torque to the second and the third joints of a manipulator, as well as the control gain of a PID controller 17 for applying torque to a space navigation body, are evaluated by means of fuzzy inference based on a manipulator joint angle θ 3, so as to be set to an optimum value. In addition, the operation of respective joints is controlled, according to the control gains preliminarily established, when the adaptability of the gain adjusting fuzzy rule to the value reduces or the result of the inference is unsuitable.

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】この発明は、例えば宇宙空間
に構築されて各種の作業に供される多関節マニピュレー
タの操作制御に好適するマニピュレータ制御装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator control device suitable for operation control of an articulated manipulator constructed in, for example, outer space and used for various operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、宇宙開発の分野において
は、作業用宇宙航行体に多関節マニピュレータを搭載
し、この宇宙航行体で宇宙空間を航行して、宇宙ステー
ションの構築作業等の各種の作業を実行する構想があ
る。このような多関節のマニピュレータの関節角度を制
御する手段としては、関節角度に対する目標値を設定し
て、この目標値に対応して関節角度を制御する方法が知
られている。
2. Description of the Related Art As is well known, in the field of space development, a work spacecraft is equipped with an articulated manipulator, and the spacecraft travels through space to perform various operations such as construction of a space station. There is a plan to carry out the work. As means for controlling the joint angle of such a multi-joint manipulator, a method of setting a target value for the joint angle and controlling the joint angle in accordance with the target value is known.

【0003】ところが、宇宙空間を航行する宇宙航行体
にマニピュレータを搭載した場合にあっては、該マニピ
ュレータの先端位置を定点に移動させる動作制御を行う
際、その動作中において、宇宙航行体の位置・姿勢が変
動される。そのため、宇宙航行体に搭載するマニピュレ
ータにあっては、動作制御開始前に、予め動作期間中の
関節角度の目標軌道を決定すると、実際の動作時に関節
角度が目標値に完全に追従したとしても、宇宙航行体の
位置・姿勢の変動により、その先端位置が目標とする定
点からずれてしまう虞れを有する。
[0003] However, when a manipulator is mounted on a spacecraft navigating in outer space, when controlling the operation of moving the tip position of the manipulator to a fixed point, the position of the spacecraft during the operation is controlled. -The posture is changed. Therefore, in the manipulator mounted on the spacecraft, if the target trajectory of the joint angle during the operation period is determined in advance before starting the operation control, even if the joint angle completely follows the target value during the actual operation, However, there is a risk that the position of the leading end of the spacecraft may deviate from a target fixed point due to a change in the position / posture of the spacecraft.

【0004】また、宇宙航行体に搭載するマニピュレー
タは、その作業中に質量が未知の物体(作業対象)を把
持すると、そのマニピュレータ・宇宙航行体系の動特性
が大きく変動する。そのため、高精度な制御性能を確保
する手段として、マニピュレータ・宇宙航行体系の動特
性の変動を推定し、その結果を考慮して制御を行うアル
ゴリズムが必要となる。
When a manipulator mounted on a spacecraft grasps an object whose mass is unknown (working object) during the operation, the dynamic characteristics of the manipulator / space navigation system fluctuate greatly. For this reason, as a means for ensuring high-precision control performance, an algorithm that estimates fluctuations in the dynamic characteristics of the manipulator / space navigation system and performs control in consideration of the results is required.

【0005】ところが、上記マニピュレータ・宇宙航行
体系の数理モデルに基づいて動特性を求める方法では、
その数理モデルのモデル化誤差が推定結果に大きな影響
を及ぼすために、信頼性の点で劣るという問題を有す
る。
However, in the above-mentioned method for obtaining dynamic characteristics based on a mathematical model of a manipulator / space navigation system,
Since the modeling error of the mathematical model has a large effect on the estimation result, there is a problem that reliability is poor.

【0006】そこで、周知の制御応答(制御対象の状
態)を数理モデルに基づかずファジイ推論によって評価
し、動特性変動を推定することが考えられている。しか
しながら、上記ファジイ推論により、マニピュレータの
操作量を決定する方法では、制御動作中のある時刻にお
いて、どのファジイルールにも制御応答が適合しないよ
うな場合(あるいは適合度が低くなった場合)、ファジ
イ推論の出力、即ち操作量が不定もしくは不適切な値に
なってしまい、安定した動作制御が困難となるという虞
れを有する。
Therefore, it has been considered that a known control response (state of a control target) is evaluated by fuzzy inference without using a mathematical model to estimate dynamic characteristic fluctuation. However, in the method of determining the operation amount of the manipulator based on the fuzzy inference, when a control response does not conform to any fuzzy rule at a certain time during the control operation (or when the degree of conformity is low), a fuzzy The output of the inference, that is, the manipulated variable becomes an indefinite or inappropriate value, and there is a possibility that stable operation control becomes difficult.

【0007】係るファジイ推論の課題は、制御対象が多
関節マニピュレータ等の複雑化し、しかも、ファジイル
ールで評価しなければならない状態空間が大規模化すれ
ばするほど、状態空間の全体を適切に評価できるファジ
イルールを設計するのが困難となり、さらに安定した動
作制御の困難性が増大される。
[0007] The problem of such fuzzy inference is that the more the controlled object becomes complicated such as an articulated manipulator and the size of the state space that must be evaluated by fuzzy rules increases, the more the entire state space is appropriately evaluated. It becomes difficult to design fuzzy rules that can be used, and the difficulty of stable operation control is increased.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のマニピュレータ制御装置では、マニピュレータ・宇
宙航行体系の動特性変動を高精度に推定が困難であり、
信頼性の高い高精度な動作制御が困難であるという問題
を有する。
As described above, in the conventional manipulator control device, it is difficult to accurately estimate the dynamic characteristic fluctuation of the manipulator / space navigation system.
There is a problem that it is difficult to perform highly reliable and accurate operation control.

【0009】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信
頼性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよ
うにしたマニピュレータ制御装置を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made to be able to estimate highly accurate dynamic characteristic fluctuations and to realize highly reliable and highly accurate joint angle operation control. An object is to provide a manipulator control device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は、宇宙航行体
に搭載されるマニピュレータと、指令情報に基づいて前
記マニピュレータの先端部の目標先端位置を時系列で発
生する目標位置発生手段と、この目標位置発生手段で生
成した目標先端位置と宇宙航行体の重心位置に基づいて
関節の目標関節角度を算出する目標関節角度発生手段
と、前記宇宙航行体の姿勢角度に基づいて該宇宙航行体
に与えるトルクを算出する第1の制御手段と、前記目標
関節角度発生手段で生成した関節の目標関節角度と該関
節の関節角度に基づいて前記マニピュレータに与えるト
ルクを算出する第2の制御手段と、前記第1及び第2の
制御手段の制御ゲインを前記マニピュレータの関節の関
節角度に基づいてファジイ推論により評価して各制御ゲ
インを設定するゲイン調整手段とを備えてマニピュレー
タ制御装置を構成したものである。
According to the present invention, there is provided a manipulator mounted on a spacecraft, target position generating means for generating a target tip position of the tip of the manipulator in time series based on command information, Target joint angle generating means for calculating a target joint angle of a joint based on the target tip position generated by the target position generating means and the center of gravity of the spacecraft, and the spacecraft based on the attitude angle of the spacecraft. First control means for calculating a torque to be applied; second control means for calculating torque to be applied to the manipulator based on a target joint angle of the joint generated by the target joint angle generation means and the joint angle of the joint; A gay for setting each control gain by evaluating control gains of the first and second control means by fuzzy inference based on joint angles of joints of the manipulator. It is obtained by constituting the manipulator control device and a regulating means.

【0011】上記構成によれば、マニピュレータ及び宇
宙航行体に対してトルクを与える第1及び第2の制御手
段は、その制御ゲインがマニピュレータの関節角度に基
づくファジイ推論によりゲイン調整手段で推論されて評
価され、その制御ゲインが最適な値に設定され、又その
ファジイルールの適合度が低くなったり、推論結果が不
定となった状態で、予め設定される制御ゲイン値に設定
される。これにより、マニピュレータ・宇宙航行体系の
動特性に応じた信頼性の高い関節角度の制御を確保した
うえで、ファジイ推論の安定した出力の取得が可能とな
り、安全性の高い動作制御が実現される。
According to the above configuration, the first and second control means for applying torque to the manipulator and the spacecraft are inferred by the gain adjustment means by fuzzy inference based on the joint angle of the manipulator. The control gain is evaluated and the control gain is set to an optimal value, and the control gain is set to a preset control gain value in a state where the degree of conformity of the fuzzy rule is low or the inference result is indefinite. This ensures reliable control of joint angles according to the dynamic characteristics of manipulators and space navigation systems, and enables stable output of fuzzy inference to be obtained, achieving highly safe operation control. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。図1はこの発明
の一実施の形態に係るマニピュレータ制御装置を示すも
ので、ここでは、マニピュレータシステムとして、肩関
節(第1関節)、肘関節(第2関節)、手首関節(第3
関節)の3関節式のマニピュレータを宇宙航行体に搭載
した場合を示す。但し、図1においては、マニピュレー
タの第1関節である肩関節を固定として構成した場合で
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a manipulator control device according to an embodiment of the present invention. Here, a manipulator system includes a shoulder joint (first joint), an elbow joint (second joint), and a wrist joint (third joint).
3 shows a case in which a three-joint type manipulator is mounted on a spacecraft. However, FIG. 1 illustrates a case where the shoulder joint, which is the first joint of the manipulator, is fixed.

【0013】すなわち、目標先端位置発生器10には、
目標関節角度発生器11が接続され、図示しない指令制
御部からの指令信号に基づいてマニピュレータ先端部を
一方向にのみ移動をさせる動作を想定した目標先端位置
情報を生成して、目標関節角度発生器11に出力する。
That is, the target tip position generator 10 includes:
The target joint angle generator 11 is connected, generates target tip position information assuming an operation of moving the manipulator tip in only one direction based on a command signal from a command control unit (not shown), and generates a target joint angle. Output to the container 11.

【0014】ここで、目標先端位置発生器10は、予め
設定されたマニピュレータ先端部の最高速度Vmax 、最
高加速度Amax に対して、マニピュレータ先端部が、図
2に示す速度で移動するように、制御動作中の各時刻r
1 、r2 、r3 において逐次に発生して、目標関節角度
発生器11に出力する。
The target tip position generator 10 controls the manipulator tip so that the manipulator tip moves at a speed shown in FIG. 2 with respect to a preset maximum speed Vmax and maximum acceleration Amax of the manipulator tip. Each time r during operation
The signals are sequentially generated at 1, r2, and r3 and output to the target joint angle generator 11.

【0015】目標関節角度発生器11には、マニピュレ
ータ・宇宙航行体系12から宇宙航行体の重心位置情報
が入力され、該重心位置情報と目標先端位置発生部10
からの目標先端位置情報に基づいて逆キネマティクスを
解いてマニピュレータの第2及び第3関節の角度情報θ
2ref、θ2refを算出する。
The target joint angle generator 11 receives information on the position of the center of gravity of the spacecraft from the manipulator / space navigation system 12, and outputs the information on the position of the center of gravity and the target tip position generator 10.
Kinematics is solved based on the target tip position information from the robot and the angle information θ of the second and third joints of the manipulator
2ref and θ2ref are calculated.

【0016】上記目標関節角度発生器11には、第2の
PID(Proprotion・Integral・D
ifferential)制御器13が加算器14を介
して接続される。この加算器14には、マニピュレータ
・宇宙航行体系12から第2関節の関節角度θ2 が入力
され、この関節角度θ2 と角度情報θ2refを加算して第
2のPID制御器13に出力する。第2のPID制御器
13は、予め制御ゲイン値が設定されており、入力した
関節角度情報に基づいてマニピュレータの第2関節に与
えるトルクα2 を
The target joint angle generator 11 has a second PID (Proption / Integral / D).
An optional controller 13 is connected via an adder 14. The adder 14 receives the joint angle θ2 of the second joint from the manipulator / space navigation system 12, adds the joint angle θ2 and the angle information θ2ref, and outputs the result to the second PID controller 13. The second PID controller 13 has a control gain value set in advance, and calculates a torque α2 to be given to the second joint of the manipulator based on the input joint angle information.

【0017】[0017]

【数1】 の式より算出して、該トルクα2 に対応して第2関節を
駆動制御する。
(Equation 1) And the second joint is driven and controlled in accordance with the torque α2.

【0018】ここで、e 2は第2関節の角度追従誤差、
Kp2,Ki2,Kd2はそれぞれマニピュレータの第2の関
節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制御
ゲインである。
Here, e 2 is the angle following error of the second joint,
Kp2, Ki2, and Kd2 are control gains for proportional, integral, and differential operations with respect to the angle following error of the second joint of the manipulator.

【0019】また、上記目標関節角度発生器11には、
第3のPID(Proprotion・Integra
l・Differential)制御器15が加算器1
6を介して接続される。この加算器16には、マニピュ
レータ・宇宙航行体系12からマニピュレータの第3関
節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 と角度
情報θ3refを加算して第3のPID制御器15に出力す
る。第3のPID制御器15は、予め制御ゲイン値が設
定されており、入力した関節角度情報に基づいてマニピ
ュレータの第3関節に与えるトルクα3 を
The target joint angle generator 11 includes:
Third PID (Proption / Integra)
l · Differential) controller 15 is the adder 1
6 are connected. The adder 16 receives the joint angle θ3 of the third joint of the manipulator from the manipulator / space navigation system 12, adds the joint angle θ3 and the angle information θ3ref, and outputs the result to the third PID controller 15. The third PID controller 15 has a control gain value set in advance, and outputs a torque α3 to be applied to the third joint of the manipulator based on the input joint angle information.

【0020】[0020]

【数2】 の式により算出して、該トルクα3 に対応して第3関節
を駆動制御する。
(Equation 2) The third joint is driven and controlled in accordance with the torque α3.

【0021】ここで、e 3、第2関節の角度追従誤差、
Kp3,Ki3,Kd3は、それぞれマニピュレータの第3の
関節の角度追従誤差に対する比例、積分、微分動作の制
御ゲインである。
Here, e 3, the angle following error of the second joint,
Kp3, Ki3, and Kd3 are control gains for proportional, integral, and differential operations with respect to the angle following error of the third joint of the manipulator.

【0022】また、上記マニピュレータ・宇宙航行体系
12には、姿勢制御用PID(Propotion・I
ntegral・Differential)制御器1
7が接続される。このPID制御器17は、マニピュレ
ータ・宇宙航行体系12からの宇宙航行体の姿勢角度ψ
が入力され、該姿勢角度ψに基づいて宇宙航行体に与え
るトルクα0 を
The manipulator / space navigation system 12 has an attitude control PID (Proportion I
(integral / Differential) controller 1
7 is connected. The PID controller 17 controls the attitude angle ψ of the spacecraft from the manipulator / spacecraft 12.
Is input, and the torque α0 to be given to the spacecraft based on the attitude angle ψ is

【0023】[0023]

【数3】 の式により算出して、該トルクα0 に基づいてマニピュ
レータ・宇宙航行体系12の姿勢系を駆動して宇宙航行
体の姿勢を制御する。
(Equation 3) The attitude of the manipulator / space navigation system 12 is driven based on the torque α0 to control the attitude of the spacecraft.

【0024】ここで、Kp0,Ki0,Kd0は、それぞれ宇
宙航行体の姿勢角度ψに対する比例、積分、微分動作の
制御ゲインである。また、上記第2及び第3のPID制
御器13,15とPID制御器17には、ゲイン調整器
18が接続される。ゲイン調整器18には、上記マニピ
ュレータ・宇宙航行体系12からマニピュレータの第3
関節の関節角度θ3 が入力され、この関節角度θ3 に基
づいてファジイ推論を実行する。
Here, Kp0, Ki0, and Kd0 are control gains for proportional, integral, and differential operations with respect to the attitude angle ψ of the spacecraft, respectively. Further, a gain adjuster 18 is connected to the second and third PID controllers 13 and 15 and the PID controller 17. The gain adjuster 18 includes the third manipulator from the manipulator / space navigation system 12.
The joint angle θ3 of the joint is input, and fuzzy inference is executed based on the joint angle θ3.

【0025】上記ゲイン調整器18は、制御動作開始直
後のマニピュレータの第3関節の関節角度θ3 をファジ
イルール(以下、ゲイン調整ファジイルールと記す)に
より評価して、第2及び第3のPID制御器13,15
とPID制御器17の各制御ゲインKp ,Ki ,Kd を
調整する。
The gain adjuster 18 evaluates the joint angle θ3 of the third joint of the manipulator immediately after the start of the control operation using a fuzzy rule (hereinafter referred to as a gain adjusting fuzzy rule), and performs second and third PID control. Vessels 13, 15
And the control gains Kp, Ki, and Kd of the PID controller 17 are adjusted.

【0026】ゲイン調整器18は、図3に示すように制
御動作開始直後のマニピュレータの第3関節の関節角度
θ3 が時系列r1 ,r2 ,r3 で入力されると、該時系
列r1 ,r2 ,r3 の大きさを R1:if r1 is B1 and r2 isB2 and r3 isB3 ten Kp0= Kp01,Ki0= Ki01,Kd0= Kd01 Kp2= Kp21,Ki2= Ki21,Kd2= Kd21 Kp3= Kp31,Ki3= Ki31,Kd3= Kd31 R2:if r1 is M1 and r2 isM2 and r3 isM3 ten Kp0= Kp02,Ki0= Ki02,Kd0= Kd02 Kp2= Kp22,Ki2= Ki22,Kd2= Kd22 Kp3= Kp32,Ki3= Ki32,Kd3= Kd32 R3:if r1 is S1 and r2 isS2 and r3 isS3 ten Kp0= Kp03,Ki0= Ki03,Kd0= Kd03 Kp2= Kp23,Ki2= Ki23,Kd2= Kd23 Kp3= Kp33,Ki3= Ki33,Kd3= Kd33 のゲイン調整ファジイルールにしたがってファジイ推論
を実行して第2及び第3のPID制御器13,15、P
ID制御器17の各制御ゲインを求めて各ゲイン調整を
行う。
When the joint angle θ3 of the third joint of the manipulator immediately after the start of the control operation is input in a time series r1, r2, r3 as shown in FIG. 3, the gain adjuster 18 receives the time series r1, r2, Let r1 be the size of R1: if r1 is B1 and r2 isB2 and r3 isB3 ten Kp0 = Kp01, Ki0 = Ki01, Kd0 = Kd01 Kp2 = Kp21, Ki2 = Ki21, Kd2 = Kd21 Kp3 = KpK = 31 Kd31 R2: if r1 is M1 and r2 isM2 and r3 isM3 ten Kp0 = Kp02, Ki0 = Ki02, Kd0 = Kd02 Kp2 = Kp22, Ki2 = Ki22, Kd2 = Kd22 Kp3 = Kp32, Ki3 = Kp32, Ki3 = Kp32, Ki3 r1 is S1 and r2 isS2 and r3 isS3 ten Kp0 = Kp03, Ki0 = Ki03, Kd0 = Kd03 Kp2 = Kp23, Ki2 = Ki23, Kd2 = Kd23 Kp3 = Kp33, Ki3 = Ki33, K33 = K33 The second and third PID controllers 13, 15, P
Each gain adjustment is performed by obtaining each control gain of the ID controller 17.

【0027】このうち前件部(if部)は、時系列r1
,r2 ,r3 における関節角度θ3の大きさを評価する
ファジイラベルB,M,Sを用いて動特性を推定する命
題である。
The antecedent part (if part) includes a time series r1
, R2, r3, is a proposition for estimating dynamic characteristics using fuzzy labels B, M, S for evaluating the magnitude of the joint angle θ3.

【0028】ファジイラベルB,M,Sは、Big,M
edium,Smallを示し、これらは図4に示すメ
ンバシップ関数で定義される。そして、後件部(the
n部)は、前件部(if部)で記述された動特性に対し
て適切な制御ゲインKp ,Ki ,kd の値を推定する命
題である。
The fuzzy labels B, M, and S are represented by Big, M
4 shows Edium and Small, which are defined by the membership functions shown in FIG. And the consequent part (the
The n part) is a proposition for estimating appropriate control gains Kp, Ki, and kd for the dynamic characteristics described in the antecedent part (if part).

【0029】このゲイン調整ファジイルールは、「関節
角度θ3 の変位が大きい場合は、マニピュレータが把持
する把持物体の質量による動特性の変動が大きいと判断
する。そして、逆に関節角度θ3 の変位が小さい場合
は、マニピュレータが把持する把持物体の質量による動
特性の変動が小さいと判断して、それぞれの変位状態に
応じた最適な制御ゲインKp ,Ki ,Kd を用いる」と
いう調整則を意味する。
The gain adjustment fuzzy rule states that "if the displacement of the joint angle θ3 is large, it is determined that the dynamic characteristics greatly fluctuate due to the mass of the object gripped by the manipulator. If it is small, it is determined that the fluctuation of the dynamic characteristic due to the mass of the object gripped by the manipulator is small, and the optimal control gains Kp, Ki, and Kd according to the respective displacement states are used. "

【0030】即ち、ゲイン調整器18は、ゲイン調整フ
ァジイルールにしたがって入力しr1 ,r2 ,r3 につ
いてファジイラベルS1 ,…,B3 のメンバシップ関数
値μs1,…μB3をを求めて、 a1 =μS1・μS2・μS3 a2 =μM1・μM2・μM3 a3 =μB1・μB2・μB3 の式で表される周知の代数積・加算・高さ法と称する推
論方法により各ルールの適合度a1 ,a2 ,a3 を算出
する。
That is, the gain adjuster 18 inputs according to the gain adjustment fuzzy rule, obtains the membership function values μs1,... ΜB3 of the fuzzy labels S1,..., B3 for r1, r2, and r3, and a1 = μS1 · μS2 μS3 a2 = μM1 μM2 μM3 a3 = Calculate the fitness a1, a2, and a3 of each rule by a well-known inference method called the algebraic product, addition, and height method expressed by the formula of μB1, μB2, μB3. I do.

【0031】次に、ゲイン調整器18は、適合度a1 ,
a2 ,a3 により、各ルールの後件部(then部)の
ゲイン値を荷重平均して最終的に適用する制御ゲインK
p ´,Ki ´,Kd ´を以下に示す数4の式に基づいて
それぞれ算出して、第2及び第3のPID制御器13,
15、PID制御器17の制御ゲインを可変設定する。
Next, the gain adjuster 18 determines the fitness a 1,
The control gain K which is weighted and finally applied to the consequent part (then part) of each rule by a2 and a3
p ′, Ki ′, and Kd ′ are calculated based on the following equation (4), and the second and third PID controllers 13 and
15. The control gain of the PID controller 17 is variably set.

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【0033】上記構成において、ゲイン調整器18は、
マニピュレータ・宇宙航行体系12のマニピュレータの
第3関節の関節角度θ3 に基づいて上述したようにファ
ジイ推論を実行して動特性に応じた制御ゲインKp ´,
Ki ´,kd ´を求めて第2及び第3のPID制御器1
3,15、PID制御器17の制御ゲインを可変設定す
る。
In the above configuration, the gain adjuster 18
Based on the joint angle θ3 of the third joint of the manipulator of the manipulator / space navigation system 12, the fuzzy inference is executed as described above, and the control gain Kp ′ corresponding to the dynamic characteristic,
The second and third PID controllers 1 determine Ki ', kd'.
3, 15, the control gain of the PID controller 17 is variably set.

【0034】ここで、PID制御器17は、ゲイン調整
器18で設定される制御ゲインにしたがっ上述したよう
に宇宙航行体に与えるトルクを求めて該宇宙航行体の姿
勢を制御する。同時に、第2及び第3のPID制御器1
3,15は、上述したようにマニピュレータの第2及び
第3関節に与えるトルクを求めて、該第2及び第3関節
を駆動制御してマニピュレータ先端位置を目標点に移動
させる。
Here, the PID controller 17 obtains the torque applied to the spacecraft according to the control gain set by the gain adjuster 18 and controls the attitude of the spacecraft as described above. At the same time, the second and third PID controllers 1
As described above, the third and third motors obtain the torque applied to the second and third joints of the manipulator, and drive-control the second and third joints to move the manipulator tip position to the target point.

【0035】そして、マニピュレータの動作制御中にお
いて、所定の時刻において、ファジイ調整ルールの全て
に対する適合度が低くなり、推定結果が不足あるいは不
適合となってしまうような事態が生じたとする。する
と、ゲイン調整器18は、制御ゲインKp ´,Ki ´,
Kd ´をPID制御器17、第2及び第3のPID制御
器13,15に出力するのを停止する。
Then, during the operation control of the manipulator, at a predetermined time, the degree of conformity to all the fuzzy adjustment rules becomes low, and a situation occurs in which the estimation result becomes insufficient or inconsistent. Then, the gain adjuster 18 controls the control gains Kp ', Ki',
The output of Kd 'to the PID controller 17, the second and third PID controllers 13, 15 is stopped.

【0036】ここで、PID制御器17は、予め設定さ
れている制御ゲインにしたがって上述したように宇宙航
行体の姿勢制御を実行する。同時に、第2及び第3のP
ID制御器13,15は、予め設定されている制御ゲイ
ンにしたがって上述したようにマニピュレータの第2及
び第3関節を駆動制御してマニピュレータの動作制御が
続行される。
Here, the PID controller 17 executes the attitude control of the spacecraft according to the control gain set in advance as described above. At the same time, the second and third P
The ID controllers 13 and 15 drive and control the second and third joints of the manipulator according to the control gain set in advance as described above, and the operation control of the manipulator is continued.

【0037】このように、上記マニピュレータ制御装置
は、マニピュレータの第2及び第3関節に対してトルク
を与える第2及び第3のPID制御器13,15、宇宙
航行体に対してトルクを与えるPID制御器17の制御
ゲインが、マニピュレータの関節角度θ3 に基づくファ
ジイ推論により評価して、その制御ゲインを最適な値に
設定し、そのゲイン調整ファジイルールの適合度が低く
なったり、推論結果が不適合状態において、予め設定さ
れる制御ゲインにしたがってそれぞれを動作制御するよ
うに構成した。
As described above, the manipulator control device includes the second and third PID controllers 13 and 15 for applying torque to the second and third joints of the manipulator, and the PID controllers for applying torque to the spacecraft. The control gain of the controller 17 is evaluated by fuzzy inference based on the joint angle θ3 of the manipulator, the control gain is set to an optimum value, the conformity of the gain adjustment fuzzy rule becomes low, or the inference result becomes incompatible. In the state, the operation is controlled in accordance with the control gain set in advance.

【0038】これによれば、マニピュレータ・宇宙航行
体系12の動特性に応じて第2及び第3のPID制御器
13,15とPID制御器17の各制御ゲインが設定さ
れることにより、宇宙航行体の姿勢変動に影響を受ける
ことなく、信頼性の高いマニピュレータの関節角度の制
御が実現され、仮に、ファジイ推論の不適合あるいは適
合度が低くなった状態においても安全性の確保が実現さ
れ、信頼性の高い安定した動作制御が実現される。
According to this, the control gains of the second and third PID controllers 13 and 15 and the PID controller 17 are set in accordance with the dynamic characteristics of the manipulator / space navigation system 12, thereby enabling space navigation. Highly reliable manipulator joint angle control is realized without being affected by body posture fluctuations, and even if fuzzy inference is inconsistent or the degree of conformity is low, safety is ensured. Highly stable operation control is realized.

【0039】なお、上記実施の形態では、第1乃至第3
関節を持つマニピュレータシステムに適用した場合で説
明したが、これに限ることなく、関節を持つ各種方式の
マニピュレータシステムにおいて適用可能である。
In the above embodiment, the first to third
Although the case where the present invention is applied to a manipulator system having a joint has been described, the present invention is not limited to this, and can be applied to manipulator systems of various types having a joint.

【0040】また、上記実施の形態では、マニピュレー
タの第1乃至第3関節のうち第1関節を固定して運用す
る形態に適用した場合で説明したが、これに限るこな
く、各種の運用形態において適用可能であり、いずれの
運用形態においても略同様の効果が期待される。
Further, in the above embodiment, the case where the first to third joints of the manipulator are applied to a fixed operation mode has been described. However, the present invention is not limited to this. , And substantially the same effects are expected in any of the operation modes.

【0041】さらに、上記実施の形態では、ゲイン調整
器18において、マニピュレータの第3関節の関節角度
θ3 に基づいて制御ゲインのファジイ推論を実行するよ
うに構成した場合で説明したが、これに限ることなく、
マニピュレータの他の関節の関節角度に基づいてファジ
イ推論を実行して制御ゲインを調整するように構成する
ことも可能である。よって、この発明は、上記実施の形
態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論である。
Further, in the above-described embodiment, the case has been described in which the gain adjuster 18 is configured to execute the fuzzy inference of the control gain based on the joint angle θ3 of the third joint of the manipulator. Without
It is also possible to perform a fuzzy inference based on the joint angles of the other joints of the manipulator to adjust the control gain. Therefore, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高精度な動特性変動を推定し得るようにして、信頼
性の高い高精度な関節角度の動作制御を実現し得るよう
にしたマニピュレータ制御装置を提供することができ
る。
As described above in detail, according to the present invention, highly accurate dynamic characteristic fluctuation can be estimated, and highly reliable and accurate joint angle operation control can be realized. Manipulator control device can be provided.

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

【図1】この発明の一実施の形態に係るマニピュレータ
制御装置を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing a manipulator control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の目標先端位置の設定方法を説明するため
に示した図。
FIG. 2 is a view for explaining a method of setting a target tip position in FIG. 1;

【図3】図1の第3関節の関節角度の時系列を説明する
ために示した図。
FIG. 3 is a view shown for explaining a time series of a joint angle of a third joint in FIG. 1;

【図4】図1のゲイン調整ファジイルールを説明するた
めに示した図。
FIG. 4 is a diagram shown to explain the gain adjustment fuzzy rule of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…目標先端位置発生器。 11…目標関節角度発生器。 12…マニピュレータ・宇宙航行体系。 13…第2のPID制御器。 14,16…加算器、 15…第3のPID制御器。 17…PID制御器。 18…ゲイン調整器。 10. Target tip position generator. 11 Target joint angle generator. 12. Manipulator / space navigation system. 13 ... second PID controller. 14, 16 ... adder, 15 ... third PID controller. 17 ... PID controller. 18 Gain adjuster.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 宇宙航行体に搭載されるマニピュレータ
と、 指令情報に基づいて前記マニピュレータの先端部の目標
先端位置を時系列で発生する目標位置発生手段と、 この目標位置発生手段で生成した目標先端位置と宇宙航
行体の重心位置に基づいて関節の目標関節角度を算出す
る目標関節角度発生手段と、 前記宇宙航行体の姿勢角度に基づいて該宇宙航行体に与
えるトルクを算出する第1の制御手段と、 前記目標関節角度発生手段で生成した関節の目標関節角
度と該関節の関節角度に基づいて前記マニピュレータに
与えるトルクを算出する第2の制御手段と、 前記第1及び第2の制御手段の制御ゲインを前記多関節
マニピュレータの関節の関節角度に基づいてファジイ推
論により評価して各制御ゲインを設定するゲイン調整手
段とを具備したマニピュレータ制御装置。
1. A manipulator mounted on a spacecraft, target position generating means for generating a target tip position of the tip of the manipulator in a time series based on command information, and a target generated by the target position generating means. Target joint angle generation means for calculating a target joint angle of a joint based on the tip position and the position of the center of gravity of the spacecraft; and a first calculating means for calculating torque to be applied to the spacecraft based on the attitude angle of the spacecraft. Control means; second control means for calculating a torque applied to the manipulator based on a target joint angle of the joint generated by the target joint angle generation means and the joint angle of the joint; and the first and second controls Gain adjusting means for evaluating the control gain of the means by fuzzy inference based on the joint angles of the joints of the articulated manipulator and setting each control gain. Manipulator control device.
【請求項2】 前記マニピュレータは、多関節を有する
ことを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ制御装
置。
2. The manipulator control device according to claim 1, wherein the manipulator has multiple joints.
【請求項3】 前記ゲイン調整手段は、マニピュレータ
の所定の関節の関節角度に基づいてファジイ推論により
制御応答を評価することを特徴とする請求項2記載のマ
ニピュレータ制御装置。
3. The manipulator control device according to claim 2, wherein said gain adjusting means evaluates a control response by fuzzy inference based on a joint angle of a predetermined joint of the manipulator.
【請求項4】 前記ゲイン調整手段は、前記マニピュレ
ータの先端部に最も近い関節の関節角度に基づいてファ
ジイ推論により制御ゲインを評価することを特徴とする
請求項3記載のマニピュレータ制御装置。
4. The manipulator control device according to claim 3, wherein said gain adjusting means evaluates a control gain by fuzzy inference based on a joint angle of a joint closest to a tip portion of said manipulator.
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