JP6757240B2 - Control device, control method, program - Google Patents
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Description
本発明は、機械装置を構成する関節機構の関節角度を油圧により制御する制御装置、制御方法、プログラムに関する。 The present invention relates to a control device, a control method, and a program for hydraulically controlling a joint angle of a joint mechanism constituting a mechanical device.
油圧マニピュレータなどの油圧で制御される機械装置は、単位体積当たりのエネルギー効率が高いという利点がある。反面、油圧で制御される機械装置は高精度な位置決め性能のために必要な、微小動作の制御が不得手である。油圧で制御される機械装置の一例として作業機械の技術が特許文献1に開示されている。当該特許文献1の技術はバネの力により作業機構の重量を補償している。
Hydraulically controlled mechanical devices such as hydraulic manipulators have the advantage of high energy efficiency per unit volume. On the other hand, hydraulically controlled mechanical devices are not good at controlling minute movements required for highly accurate positioning performance.
ところで上述のような機械装置においては油圧制御弁の開度に基づいて油圧量を調整し関節を中心に回転する2つのリンク間の角度である関節角度を決定するなどしている。このような機械装置において関節角度を制御して動作させるリンク自体の重さを打ち消す重力補償トルクを精度良く油圧制御のフィードバック系に適用することが求められていた。 By the way, in the above-mentioned mechanical device, the amount of hydraulic pressure is adjusted based on the opening degree of the hydraulic control valve to determine the joint angle, which is the angle between two links rotating around the joint. In such a mechanical device, it has been required to accurately apply the gravity compensation torque that cancels the weight of the link itself that controls the joint angle to operate the feedback system of hydraulic control.
そこでこの発明は、上述の課題を解決する制御装置、制御方法、プログラムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control device, a control method, and a program that solve the above-mentioned problems.
本発明の第1の態様によれば、駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置が、前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出部と、前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出部と、前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御部と、を備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the drive mechanism in which the control device that hydraulically controls the drive mechanism of the mechanical device having the drive mechanism cancels the own weight of the drive mechanism component that controls and operates the drive mechanism. the current angle or gravity compensation torque calculation unit that calculates using gravity compensation equation gravity compensation torque corresponding to the target between links constituting the angle between the links constituting said gravity compensation torque, the drive mechanism Gravity that converts the gravity compensation torque into a gravity compensation valve opening that indicates the valve opening of the control valve that controls the flow rate of the hydraulic pressure, based only on the deviation between the current and the target of the joint angle indicating The valve opening degree control of the control valve is performed by adding the gravity compensation valve opening degree to the feedback valve opening degree determined by the compensation valve opening degree calculation unit, the current drive state amount of the drive mechanism, and the target drive state amount. It is characterized by including a valve opening degree control unit for calculating a command.
上述の制御装置において、前記駆動機構が、関節機構を介して接続された複数のリンクを含み、前記制御装置が、前記駆動機構を有する機械装置の前記関節機構の関節角度を前記油圧により制御し、前記重力補償トルク算出部が、前記関節角度を制御して動作させる前記駆動機構構成部品であるリンクの自重を打ち消す前記重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、前記弁開度制御部が、前記関節機構の現在の前記駆動状態量である関節角度と目標の前記駆動状態量である関節角度とにより定まる角度フィードバック弁開度と前記重力補償弁開度とに基づいて、前記制御弁の弁開度制御指令を算出してもよい。 In the above-mentioned control device, the drive mechanism includes a plurality of links connected via the joint mechanism, and the control device controls the joint angle of the joint mechanism of the mechanical device having the drive mechanism by the hydraulic pressure. The gravity compensation torque calculation unit calculates the gravity compensation torque that cancels the own weight of the link, which is a component of the drive mechanism that controls and operates the joint angle, by using the gravity compensation equation, and the valve opening control unit. However, the control valve is based on the angle feedback valve opening degree and the gravity compensating valve opening degree determined by the joint angle which is the current driving state amount of the joint mechanism and the joint angle which is the target driving state amount. The valve opening control command may be calculated.
また上述の制御装置において、前記重力補償弁開度算出部は、前記現在の関節角度を前記重力補償方程式に入力して算出された前記重力補償トルクと、前記目標の関節角度と、前記現在の関節角度と前記目標の関節角度との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出してよい。 Further, in the above-mentioned control device, the gravity compensation valve opening degree calculation unit inputs the current joint angle into the gravity compensation equation to calculate the gravity compensation torque, the target joint angle, and the current joint angle. The gravity compensation valve opening may be calculated using the deviation between the joint angle and the target joint angle.
また上述の制御装置において、前記重力補償弁開度算出部は、前記目標の関節角度を前記重力補償方程式に入力して算出された前記重力補償トルクと、前記目標の関節角度と、前記現在の関節角度と前記目標の関節角度との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出してよい。
また上述の制御装置において、前記偏差の変動周波数を抑制する変動抑制部を備えてよい。
Further, in the above-mentioned control device, the gravity compensation valve opening degree calculation unit inputs the target joint angle into the gravity compensation equation to calculate the gravity compensation torque, the target joint angle, and the current current. The gravity compensation valve opening may be calculated using the deviation between the joint angle and the target joint angle.
Further, the above-mentioned control device may include a fluctuation suppression unit that suppresses the fluctuation frequency of the deviation.
また上述の制御装置において、前記重力補償弁開度算出部は、前記重力補償トルクを前記重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を、一定角速度で変化させる前記関節角度の定常偏差を超える角度以上の場合には当該角度の大きさに比例させて所定の係数値より大きな所定の値まで増大させ、前記関節角度の定常偏差を超えない角度未満の場合には前記所定の係数値に保持してよい。 Further, in the above-mentioned control device, the gravity compensation valve opening calculation unit changes the variable gain coefficient for converting the gravity compensation torque into the gravity compensation valve opening at a constant angular velocity, which exceeds the steady deviation of the joint angle. In the above cases, the value is increased to a predetermined value larger than the predetermined coefficient value in proportion to the magnitude of the angle, and if the angle is less than the steady deviation of the joint angle, the value is maintained at the predetermined coefficient value. You can.
また上述の制御装置において、前記重力補償トルク算出部は、前記制御弁が算出された弁開度に達するまでの応答時間に基づいて決定された所定時間分先行した時刻における重力補償トルクを算出して出力してよい。 Further, in the above-mentioned control device, the gravity compensation torque calculation unit calculates the gravity compensation torque at a time preceding by a predetermined time determined based on the response time until the control valve reaches the calculated valve opening degree. May be output.
また上述の制御装置において、前記重力補償弁開度算出部は、前記重力補償トルクを前記重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を前記関節角度が目標角度に移行するまでに最速となる可変ゲイン係数を学習してよい。 Further, in the above-mentioned control device, the gravity compensation valve opening degree calculation unit changes the variable gain coefficient for converting the gravity compensation torque into the gravity compensation valve opening degree, which is the fastest until the joint angle shifts to the target angle. You may learn the gain coefficient.
本発明の第2の態様によれば、制御方法は、駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置の制御方法であって、前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換し、前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出することを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, the control method is a control method of a control device that hydraulically controls the drive mechanism of a mechanical device having a drive mechanism, and is a drive mechanism that controls and operates the drive mechanism. the current angle or gravity compensation torque corresponding to the target between the links constituting the driving mechanism for canceling the dead weight of the components were calculated using the gravity compensation equations constituting said gravity compensation torque, the drive mechanism links Based only on the deviation between the current and target of the joint angle indicating the angle between the current and the target, the gravity compensation torque is changed to the gravity compensation valve opening indicating the valve opening of the control valve that controls the flow rate of the hydraulic pressure. The valve opening control command of the control valve is calculated by converting and adding the gravity compensation valve opening to the feedback valve opening determined by the current driving state amount of the driving mechanism and the target driving state amount. It is characterized by.
本発明の第3の態様によれば、プログラムは、駆動機構を有する機械装置の前記駆動機構を油圧により制御する制御装置のコンピュータを、前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出手段、前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出手段、前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御手段、として機能させることを特徴とする。 According to the third aspect of the present invention, the program controls the computer of the control device that hydraulically controls the drive mechanism of the mechanical device having the drive mechanism, and operates by controlling the drive mechanism by its own weight of the drive mechanism component. The gravity compensation torque calculating means for calculating the gravity compensation torque corresponding to the current angle between the links constituting the drive mechanism or the target thereof by using the gravity compensation equation, the gravity compensation torque, and the drive mechanism are configured. Based only on the deviation between the current and target of the joint angle indicating the angle between the links and the target, the gravity compensating torque indicates the valve opening degree of the control valve that controls the flow rate of the hydraulic pressure. Gravity compensation valve opening degree calculating means to convert to, the gravity compensation valve opening degree is added to the feedback valve opening degree determined by the current drive state amount of the drive mechanism and the target drive state amount, and the valve of the control valve It is characterized in that it functions as a valve opening control means for calculating an opening control command.
本発明によれば、重力補償トルクτgn[Nm]を油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する構成だけで、動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を算出することができる。よって複雑なロジックを構築する必要が無く動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を算出することができる。 According to the present invention, a link that operates only by converting the gravity compensation torque τ gn [Nm] into the gravity compensation valve opening a gn [%] indicating the valve opening of the control valve that controls the hydraulic flow rate. It is possible to calculate a valve opening control command for canceling its own weight. Therefore, it is possible to calculate a valve opening control command for canceling the own weight of the link to be operated without having to construct a complicated logic.
<第一の実施形態>
以下、第一の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図1は第一の実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
この図で示すように制御システムは制御装置1と機械装置2とにより構成されている。制御装置1は関節機構を介して接続された複数のリンクを含む駆動機構を有する機械装置2を制御する。制御装置1は機械装置2における関節機構の関節角度を油圧により制御する。機械装置2は例えば油圧マニピュレータなどであってよい。
<First Embodiment>
Hereinafter, the control device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device according to the first embodiment.
As shown in this figure, the control system is composed of a
制御装置1はコンピュータであり、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、SSD(Solid State Drive)などの記憶部、CPU(Central Processing Unit)、通信インタフェースなどのハードウェアによって構成されてよい。
The
制御装置1のCPUは制御装置1に電源が投入されることに基づいて起動し、記憶している制御プログラムを実行する。これにより、制御装置1には、重力補償トルク算出部11、重力補償弁開度算出部12、フィードバック制御部13、弁開度制御部14の各機能が備わる。
The CPU of the
重力補償トルク算出部11は、機械装置2に備わる関節機構の関節角度を制御して動作させるリンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を、重力補償方程式を用いて算出する。本実施形態において関節機構は機械装置2を構成する駆動機構の一態様である。またリンクは駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の一態様である。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する。具体的には、重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]と、関節角度の目標角度と、当該目標角度と関節角度の現在角度の偏差とを用いて重力補償弁開度agn[%]を算出する。
The gravity compensation
The gravity compensation valve opening
フィードバック制御部13は、駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度と重力補償弁開度とに基づいて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。具体的にはフィードバック制御部13は、機械装置2に備わる関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnとを用いて、関節角度が目標角度θrnとなるようにフィードバック制御を行う。関節角度は駆動機構の駆動状態量の一態様である。フィードバック制御部13はフィードバック制御により算出した角度フィードバック弁開度afn[%]を出力する。
弁開度制御部14は、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]と、フィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]とを用いて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。
The
The valve opening
制御装置1の処理によれば、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換することができる。したがって、動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を簡易な構成で算出することができる。
According to the process of the
図2は第一の実施形態による制御装置の処理フローを示す図である。
次に制御装置1の処理の詳細について説明する。
まずフィードバック制御部13は一例として、二つのリンクが接続された関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnの偏差Δθnを取得する(ステップS101)。偏差はθrn−θnにより算出することができる。フィードバック制御部13は偏差Δθnを用いて、当該Δθnが0となるような角度フィードバック弁開度afn[%]をフィードバック制御により算出する(ステップS102)。フィードバック制御部13は角度フィードバック弁開度afn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
FIG. 2 is a diagram showing a processing flow of the control device according to the first embodiment.
Next, the details of the processing of the
First, as an example, the
他方、重力補償トルク算出部11は、機械装置2から関節機構の現在角度θnを取得する。重力補償トルク算出部11は現在角度θnを重力補償方程式g(θn)に代入して、関節角度を制御して動作させるリンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を算出する(ステップS103)。重力補償トルク算出部11は重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度算出部12へ出力する。
On the other hand, the gravity compensation
重力補償弁開度算出部12は重力補償トルクτgn[Nm]と、目標角度θrnと、偏差Δθnとを取得する。重力補償弁開度算出部12はτgn[Nm]×θrnの値を算出する(ステップS104)。重力補償弁開度算出部12はτgn[Nm]×θrnの値と偏差Δθnの値とに基づいて、式(1)で表される重力補償弁開度算出式の可変ゲイン係数Kgnを決定する(ステップS105)。
The gravity compensation valve opening
重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを決定する場合に、τgn[Nm]×θrnの値の正負の符号、偏差Δθnの正負の符号に基づいて、可変ゲイン係数Kgnを増加させるか減少させるかを決定する。またτgn[Nm]×θrnの値や偏差Δθnの値に基づいて所定の算出式により、可変ゲイン係数Kgnの数値を特定してよい。
When the gravity compensation valve opening
一例としては、ステップS105の処理において重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が+を示し、偏差Δθnの値が+を示す場合、リンクを重力と逆らう方向に駆動する状況であって目標に到達していない状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が足りないと判定し、可変ゲイン係数Kgnを増加させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
また重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が+を示し、偏差Δθnの値が−を示す場合、リンクを重力と逆らう方向に駆動する状況であって目標を超えてリンクを作動させてしまった状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が効きすぎであると判定し、可変ゲイン係数Kgnを減少させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
As an example, in the process of step S105, when the value of τ gn [Nm] × θ rn shows + and the value of deviation Δθ n shows +, the gravity compensation valve opening
Further, when the value of τ gn [Nm] × θ rn indicates + and the value of deviation Δθ n indicates −, the gravity compensation valve opening
また重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が−を示し、偏差Δθnの値が+を示す場合、リンクを重力方向に駆動する状況であって目標に到達していない状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が効きすぎであると判定し、可変ゲイン係数Kgnを減少させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
また重力補償弁開度算出部12は、τgn[Nm]×θrnの値が−を示し、偏差Δθnの値が−を示す場合、リンクを重力方向に駆動する状況であって目標を超えてリンクを作動させてしまった状況と判定する。この場合、重力補償弁開度算出部12は重力補償が足りないと判定し、可変ゲイン係数Kgnを増加少させるようにその可変ゲイン係数Kgnを決定する。
Further, when the value of τ gn [Nm] × θ rn indicates − and the value of deviation Δθ n indicates +, the gravity compensation valve opening
Further, when the value of τ gn [Nm] × θ rn indicates − and the value of deviation Δθ n indicates −, the gravity compensation valve opening
重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを決定すると、上記式(1)により重力補償弁開度agn[%]を算出する(ステップS106)。重力補償弁開度算出部12は重力補償弁開度agn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
When the gravity compensation valve opening
弁開度制御部14はフィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]と、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]を加算して、弁開度制御指令を算出する(ステップS107)。弁開度制御部14は弁開度制御指令を機械装置2の対象の制御弁へ出力する(ステップS108)。
The valve
以上の処理によれば、重力補償トルクτgn[Nm]を油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換することができる。したがって、動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を算出することができる。 According to the above processing, the gravity compensation torque τ gn [Nm] can be converted into the gravity compensation valve opening degree a gn [%] indicating the valve opening degree of the control valve that controls the hydraulic flow rate. Therefore, it is possible to calculate a valve opening control command for canceling the own weight of the link to be operated.
また上述の処理によれば、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する構成だけで、動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を算出することができる。よって複雑なロジックを構築する必要が無く動作させるリンクの自重を打ち消すための弁開度制御指令を算出することができる。
またτgn[Nm]×θrnの値の正負の符号、偏差Δθnの正負の符号に基づいて、可変ゲイン係数Kgnを増加させるか減少させるかを決定するので、重力補償トルクτgn[Nm]と目標角度の関係や、偏差Δθnの正負に応じた適切な重力補償弁開度agn[%]を算出することができる。
Further, according to the above processing, the operation is performed only by converting the gravity compensation torque τ gn [Nm] into the gravity compensation valve opening degree a gn [%] indicating the valve opening degree of the control valve that controls the hydraulic flow rate. It is possible to calculate a valve opening control command for canceling the own weight of the link to be operated. Therefore, it is possible to calculate a valve opening control command for canceling the own weight of the link to be operated without having to construct a complicated logic.
Further, since it is determined whether to increase or decrease the variable gain coefficient K gn based on the positive and negative signs of the value of τ gn [Nm] × θ rn and the positive and negative signs of the deviation Δθ n , the gravity compensation torque τ gn [ It is possible to calculate an appropriate gravity compensating valve opening degree a gn [%] according to the relationship between [Nm] and the target angle and the positive / negative of the deviation Δθ n .
<第二の実施形態>
以下、第二の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図3は第二の実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
第二の実施形態における制御装置1、機械装置2のハードウェア構成は第一の実施形態と同様である。
制御装置1のCPUは制御装置1に電源が投入されることに基づいて起動し、記憶している制御プログラムを実行する。これにより、制御装置1には、図3に示すように重力補償トルク算出部11、重力補償弁開度算出部12、フィードバック制御部13、弁開度制御部14、変動抑制部15の各機能が備わる。
<Second embodiment>
Hereinafter, the control device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control device according to the second embodiment.
The hardware configuration of the
The CPU of the
重力補償トルク算出部11は、機械装置2に備わる関節の角度を制御して動作させるリンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を、重力補償方程式を用いて算出する。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を、油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度agn[%]に変換する。具体的には、重力補償弁開度算出部12は、関節角度の目標角度θrnを重力補償方程式に入力して算出された重力補償トルクτgn[Nm]と、関節角度の目標角度θrnと、関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnと、を用いて重力補償弁開度を算出する。
The gravity compensation
The gravity compensation valve opening
フィードバック制御部13は、機械装置2に備わる関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnとを用いて、関節角度が目標角度θrnとなるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御部13はフィードバック制御により算出した角度フィードバック弁開度afn[%]を出力する。
弁開度制御部14は、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]にと、フィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]とを用いて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。
変動抑制部15は関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnの変動周波数を抑制する。例えば変動抑制部15はローパスフィルタによって構成されてよい。変動抑制部15の処理により、重力補償弁開度算出部12に入力される関節角度の現在角度θnと関節角度の目標角度θrnの偏差Δθnは、その値の増減の頻度が抑制される。
The
The valve opening
The
図4は第二の実施形態による制御装置の処理フローを示す図である。
次に第二の実施形態による制御装置1の処理の詳細について説明する。
まずフィードバック制御部13は二つのリンクが接続された関節機構の関節角度の目標角度θrnと現在角度θnの偏差Δθnを取得する(ステップS201)。偏差はθrn−θnにより算出することができる。フィードバック制御部13は偏差Δθnを用いて、当該Δθnが0となるような角度フィードバック弁開度afn[%]をフィードバック制御により算出する(ステップS202)。フィードバック制御部13は角度フィードバック弁開度afn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of the control device according to the second embodiment.
Next, the details of the processing of the
First, the
他方、重力補償トルク算出部11は、関節機構の目標角度θrnを取得する。重力補償トルク算出部11は目標角度θrnを重力補償方程式g(θrn)に代入して、関節角度を制御して動作させるリンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を算出する(ステップS203)。重力補償トルク算出部11は重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度算出部12へ出力する。
On the other hand, the gravity compensation
変動抑制部15は偏差Δθnを取得する。変動抑制部15は取得した偏差Δθnの変動周波数を抑制して重力補償弁開度算出部12へ出力する(ステップS204)。重力補償弁開度算出部12は重力補償トルクτgn[Nm]と、目標角度θrnと、変動周波数が抑制された偏差Δθnとを取得する。重力補償弁開度算出部12はτgn[Nm]×θrnの値を算出する(ステップS205)。重力補償弁開度算出部12はτgn[Nm]×θrnの値と偏差Δθnの値とに基づいて、式(1)で表される重力補償弁開度算出式の可変ゲイン係数Kgnを決定する(ステップS206)。
The
第一の実施形態と同様に、第二の実施形態の重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを決定する場合に、τgn[Nm]×θrnの値の正負の符号、偏差Δθnの正負の符号に基づいて、可変ゲイン係数Kgnを増加させるか減少させるかを決定する。またτgn[Nm]×θrnの値や偏差Δθnの値に基づいて所定の算出式により、可変ゲイン係数Kgnの数値を特定してよい。
Similar to the first embodiment, the gravity compensation valve opening
重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを決定すると、上記式(1)により重力補償弁開度agn[%]を算出する(ステップS207)。重力補償弁開度算出部12は重力補償弁開度agn[%]を弁開度制御部14へ出力する。
When the gravity compensation valve opening
弁開度制御部14はフィードバック制御部13から取得した角度フィードバック弁開度afn[%]と、重力補償弁開度算出部12から取得した重力補償弁開度agn[%]を加算して、弁開度制御指令を算出する(ステップS208)。弁開度制御部14は弁開度制御指令を機械装置2の対象の制御弁へ出力する(ステップS209)。
The valve
以上の処理によれば、第一の実施形態と同様の効果に加え、変動抑制部15が偏差の変動周波数を抑制するため、可変ゲイン係数Kgnの変動を抑えることができる。自重補償の思想は静的な(動特性を持たない)重量負荷変化を補償するもので、細かく補償量を変える必要はない場合もある。また補償しないことによる外乱はフィードバックで賄うことができる。むしろ、急変することがかえって外乱になる可能性があり、これを防ぐべく変動の少ない入力信号となるようにしている。
According to the above processing, in addition to the same effect as in the first embodiment, the
<第三の実施形態>
以下、第三の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図5は第三実施形態による制御装置の可変ゲイン係数の決定概要を示す図である。
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度agn[%]に変換する可変ゲイン係数Kgnを偏差Δθnの値に基づいて変化させる。例えば重力補償弁開度算出部12は、一定角速度で変化させる関節角度の定常偏差を超える角度以上に関節角度を動かす場合には、当該関節角度の大きさに比例させて所定の係数値K1より大きな所定の値K2まで可変ゲイン係数Kgnを増大させる。
<Third embodiment>
Hereinafter, the control device according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of determination of the variable gain coefficient of the control device according to the third embodiment.
The gravity compensation valve opening
重力補償弁開度算出部12は、一定角速度で変化させる関節角度の定常偏差を超えない角度未満で関節角度を動かす場合には、可変ゲイン係数Kgnを所定の係数値K1に保持する。
The gravity compensation valve opening
重力補償弁開度算出部12は、偏差Δθnが所定の大きさΔθ1となった場合に、当該偏差Δθnの大きさに応じて、可変ゲイン係数Kgnを所定の係数値K1から比例的に増加させる。Δθ1は、一定角速度で行う関節角度の制御において発生する関節角度の定常偏差に基づいて決定する。可変ゲイン係数Kgnの上限であるK2は、出力可能な弁開度飽和値などから現実的な値を設定する。係数値K1は関節機構を静止状態で制御している時、フィードバック制御出力が殆どなく重力補償のための制御出力が主となる状態における可変ゲイン係数Kgnの値を目安として定める。
When the deviation Δθ n becomes a predetermined magnitude Δθ 1 , the gravity compensation valve opening
第三の実施形態による可変ゲイン係数Kgnの決定手法によれば、その値を都度調整する必要が無く、また、下限値を明確に設定していることから可変ゲイン係数Kgnを有意な範囲内で収束させることができる。
なお第三の実施形態による可変ゲイン係数Kgnの決定手法を第一の実施形態や第二の実施系値に適用してよい。
According to the method for determining the variable gain coefficient K gn according to the third embodiment, it is not necessary to adjust the value each time, and since the lower limit value is clearly set, the variable gain coefficient K gn is set to a significant range. Can be converged within.
The method for determining the variable gain coefficient K gn according to the third embodiment may be applied to the first embodiment and the second embodiment system value.
<第四の実施形態>
以下、第四の実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
図6は第四の実施形態による制御装置の重力補償トルクの出力タイミングを説明する図である。
図6で示す波形は、関節機構の関節角度が目標角度θrnに達するまでの当該角度の時間的な変化を示している。関節機構の関節角度が目標角度θrnに達するまでには応答時間が必要である。重力補償トルク算出部11は、目標軌道θrnが予め与えられている場合、別途ステップ応答などで計測してある制御弁の応答時間λ分だけ先行して、リンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償方程式g(θn(t+λ))により算出して、その重力補償トルクτgn[Nm]を時刻tにおいて重力補償弁開度算出部12へ出力する。
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the control device according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a diagram for explaining the output timing of the gravity compensation torque of the control device according to the fourth embodiment.
The waveform shown in FIG. 6 shows the temporal change of the joint angle of the joint mechanism until it reaches the target angle θ rn . Response time is required for the joint angle of the joint mechanism to reach the target angle θ rn . When the target trajectory θ rn is given in advance, the gravity compensation
なお、第二の実施形態の場合には、重力補償トルク算出部11は、目標軌道θrnが予め与えられている場合、別途ステップ応答などで計測してある制御弁の応答時間λ分だけ先行して、リンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償方程式g(θrn(t+λ))により算出して、その重力補償トルクτgn[Nm]を時刻tにおいて重力補償弁開度算出部12へ出力する。
In the case of the second embodiment, when the target trajectory θ rn is given in advance, the gravity compensation
油圧系は微小開度の非線形が強いため、応答遅れが無視できない。そのためこれを無駄時間と捉え、先行してリンクの自重を打ち消す重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償方程式g(θrn)により算出して、その重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度算出部12へ出力する。これにより例えば第三の実施形態でΔθnが動き始めに大きくプラスになり、従って可変ゲイン係数Kgnが大きくなるためΔθnがマイナスになり可変ゲイン係数Kgnが小さくなるといった、可変ゲイン係数Kgnのハンチングを防ぐことができる。
Since the hydraulic system has a strong non-linearity of minute opening, the response delay cannot be ignored. Therefore, this is regarded as wasted time, and the gravity compensation torque τ gn [Nm] that cancels the own weight of the link in advance is calculated by the gravity compensation equation g (θ rn ), and the gravity compensation torque τ gn [Nm] is gravity compensation. Output to the valve opening
<第五の実施形態>
重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクτgn[Nm]を重力補償弁開度agn[%]に変換する可変ゲイン係数Kgnを関節角度が目標角度に移行するまでに最速となる可変ゲイン係数を学習するようにしてもよい。
例えば、重力補償弁開度算出部12は可変ゲイン係数Kgnを角速度を入力とした変数としてKgn(θn’)として可変にする。可変ゲイン係数Kgn(θn’)はある角速度(θn’)の際について何度か様々な軌道で動かし学習させるようにしてよい。
<Fifth Embodiment>
The gravity compensation valve opening
For example, the gravity compensation valve opening
上述の各実施形態においては、駆動機構が、関節機構を介して接続された複数のリンクを含み、制御装置1が、駆動機構を有する機械装置2の関節機構の関節角度を油圧により制御している。そして、重力補償トルク算出部11が、関節角度を制御して動作させる駆動機構構成部品であるリンクの自重を打ち消す重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する。また弁開度制御部14が、関節機構の現在の駆動状態量である関節角度と目標の駆動状態量である関節角度とにより定まる角度フィードバック弁開度と重力補償弁開度とに基づいて、制御弁の弁開度制御指令を算出する。
しかしながら駆動機構は関節機構以外の他の機構であってよい。例えば駆動機構は伸縮機構などの他の機構であってもよい。そして駆動状態量は駆動機構が伸縮機構である場合には伸び量や縮み量を示すものであってもよい。
In each of the above embodiments, the drive mechanism includes a plurality of links connected via the joint mechanism, and the
However, the drive mechanism may be a mechanism other than the joint mechanism. For example, the drive mechanism may be another mechanism such as a telescopic mechanism. When the drive mechanism is a telescopic mechanism, the drive state amount may indicate an expansion amount or a contraction amount.
駆動機構が関節機構以外である場合も、重力補償弁開度算出部12は、現在の駆動状態量を重力補償方程式に入力して算出された重力補償トルクと、目標の駆動状態量と、現在の駆動状態量と目標の駆動状態量との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出してよい。
Even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, the gravity compensation valve opening
また駆動機構が関節機構以外である場合も、重力補償弁開度算出部12は、目標の駆動状態量を重力補償方程式に入力して算出された重力補償トルクと、目標の駆動状態量と、現在の駆動状態量と目標の駆動状態量との偏差と、を用いて重力補償弁開度を算出してよい。
Further, even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, the gravity compensation valve opening
また駆動機構が関節機構以外である場合も、偏差の変動周波数を抑制する変動抑制部を備えてよい。 Further, even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, a fluctuation suppression unit that suppresses the fluctuation frequency of the deviation may be provided.
また駆動機構が関節機構以外である場合も、重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクを重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を、一定度合で変化させる駆動状態量の定常偏差を超える駆動状態量以上の場合には当該駆動状態量の大きさに比例させて所定の係数値より大きな所定の値まで増大させ、駆動状態量の定常偏差を超えない駆動状態量未満の場合には所定の係数値に保持するようにしてよい。
Further, even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, the gravity compensation valve opening
また駆動機構が関節機構以外である場合も、重力補償トルク算出部11は、制御弁が算出された弁開度に達するまでの応答時間に基づいて決定された所定時間分先行した時刻における重力補償トルクを算出して出力してよい。
Even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, the gravity compensation
また駆動機構が関節機構以外である場合も、重力補償弁開度算出部12は、重力補償トルクを重力補償弁開度に変換する可変ゲイン係数を駆動状態量が目標の駆動状態量に移行するまでに最速となる可変ゲイン係数を学習するようにしてもよい。
Further, even when the drive mechanism is other than the joint mechanism, the gravity compensation valve opening
上述の制御装置1は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、制御装置1に上述した各処理を行わせるためのプログラムは、当該制御装置1のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを制御装置1のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
The
また、上記プログラムは、前述した各処理部の機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 Further, the above program may be for realizing a part of the functions of the above-mentioned processing units. Further, a so-called difference file (difference program) may be used, which can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
1・・・制御装置
2・・・機械装置
11・・・重力補償トルク算出部
12・・・重力補償弁開度算出部
13・・・フィードバック制御部
14・・・弁開度制御部
15・・・変動抑制部
1 ...
Claims (10)
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出部と、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出部と、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御部と、
を備える制御装置。 A control device that hydraulically controls the drive mechanism of a mechanical device having a drive mechanism
Gravity compensation torque for calculating the gravity compensation torque corresponding to the current angle between the links constituting the drive mechanism or its target by using the gravity compensation equation to cancel the own weight of the drive mechanism component that controls and operates the drive mechanism. Calculation part and
Wherein a gravity compensation torque, current and deviation between the target joint angles indicating the angle between the links constituting the driving mechanism, based only on the target, said gravity compensation torque, control for controlling the flow rate of the hydraulic Gravity compensation valve opening calculation unit that converts to gravity compensation valve opening indicating the valve opening of the valve,
Valve opening control that calculates the valve opening control command of the control valve by adding the gravity compensation valve opening to the feedback valve opening determined by the current driving state amount of the driving mechanism and the target driving state amount. Department and
A control device comprising.
前記制御装置が、前記駆動機構を有する機械装置の前記関節機構の関節角度を前記油圧により制御し、
前記重力補償トルク算出部が、前記関節角度を制御して動作させる前記駆動機構構成部品であるリンクの自重を打ち消す前記重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、
前記弁開度制御部が、前記関節機構の現在の前記駆動状態量である関節角度と目標の前記駆動状態量である関節角度とにより定まる角度フィードバック弁開度と前記重力補償弁開度とに基づいて、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する
請求項1に記載の制御装置。 The drive mechanism comprises a plurality of links connected via a joint mechanism.
The control device controls the joint angle of the joint mechanism of the mechanical device having the drive mechanism by the hydraulic pressure.
The gravity compensation torque calculation unit calculates the gravity compensation torque that cancels the own weight of the link which is a component of the drive mechanism that controls and operates the joint angle by using the gravity compensation equation.
The valve opening control unit determines the angle feedback valve opening and the gravity compensating valve opening determined by the joint angle which is the current driving state amount of the joint mechanism and the joint angle which is the target driving state amount. The control device according to claim 1, wherein a valve opening control command for the control valve is calculated based on the control valve.
請求項2に記載の制御装置。 The gravity compensation valve opening degree calculation unit inputs the current joint angle into the gravity compensation equation to calculate the gravity compensation torque, the target joint angle, the current joint angle, and the target joint. The control device according to claim 2, wherein the gravity compensation valve opening degree is calculated using the deviation from the angle.
請求項2に記載の制御装置。 The gravity compensation valve opening degree calculation unit inputs the target joint angle into the gravity compensation equation to calculate the gravity compensation torque, the target joint angle, the current joint angle, and the target joint. The control device according to claim 2, wherein the gravity compensation valve opening degree is calculated using the deviation from the angle.
請求項2から請求項5の何れか一項に記載の制御装置。 The gravity compensation valve opening calculation unit changes the variable gain coefficient for converting the gravity compensation torque into the gravity compensation valve opening at a constant angular velocity. When the angle exceeds the steady deviation of the joint angle, the angle is equal to or greater than the constant deviation. Claims 2 to 5 increase the value to a predetermined value larger than the predetermined coefficient value in proportion to the magnitude of the above, and hold the joint angle at the predetermined coefficient value when the angle is less than the steady deviation of the joint angle. The control device according to any one of the above.
請求項2から請求項6の何れか一項に記載の制御装置。 From claim 2, the gravity compensation torque calculation unit calculates and outputs the gravity compensation torque at a time preceding by a predetermined time determined based on the response time until the control valve reaches the calculated valve opening degree. The control device according to any one of claims 6.
請求項2から請求項7の何れか一項に記載の制御装置。 The claim that the gravity compensation valve opening degree calculation unit learns the variable gain coefficient which converts the gravity compensation torque into the gravity compensation valve opening degree and becomes the fastest until the joint angle shifts to a target angle. The control device according to any one of claims 2 to 7.
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出し、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換し、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する
制御方法。 A control method for a control device that hydraulically controls the drive mechanism of a mechanical device having a drive mechanism.
The gravity compensation torque corresponding to the current angle between the links constituting the drive mechanism or its target, which cancels the own weight of the drive mechanism component that controls and operates the drive mechanism, is calculated by using the gravity compensation equation.
Wherein a gravity compensation torque, current and deviation between the target joint angles indicating the angle between the links constituting the driving mechanism, based only on the target, said gravity compensation torque, control for controlling the flow rate of the hydraulic Converted to gravity compensation valve opening, which indicates the valve opening of the valve,
A control method for calculating a valve opening control command of the control valve by adding the gravity compensating valve opening to the feedback valve opening determined by the current driving state amount of the driving mechanism and the target driving state amount.
前記駆動機構を制御して動作させる駆動機構構成部品の自重を打ち消す前記駆動機構を構成するリンク間の現在の角度またはその目標に対応する重力補償トルクを重力補償方程式を用いて算出する重力補償トルク算出手段、
前記重力補償トルクと、前記駆動機構を構成するリンク間の角度を示す関節角度の現在と目標との偏差と、前記目標のみに基づいて、前記重力補償トルクを、前記油圧の流量を制御する制御弁の弁開度を示す重力補償弁開度に変換する重力補償弁開度算出手段、
前記駆動機構の現在の駆動状態量と目標の駆動状態量とにより定まるフィードバック弁開度に前記重力補償弁開度を加算して、前記制御弁の弁開度制御指令を算出する弁開度制御手段、
として機能させるプログラム。 A computer of a control device that hydraulically controls the drive mechanism of a mechanical device having a drive mechanism.
Gravity compensation torque for calculating the gravity compensation torque corresponding to the current angle between the links constituting the drive mechanism or its target by using the gravity compensation equation to cancel the own weight of the drive mechanism component that controls and operates the drive mechanism. Calculation method,
Wherein a gravity compensation torque, current and deviation between the target joint angles indicating the angle between the links constituting the driving mechanism, based only on the target, said gravity compensation torque, control for controlling the flow rate of the hydraulic Gravity compensation valve opening calculation means for converting to gravity compensation valve opening indicating the valve opening of the valve,
Valve opening control that calculates the valve opening control command of the control valve by adding the gravity compensation valve opening to the feedback valve opening determined by the current driving state amount of the driving mechanism and the target driving state amount. means,
A program that functions as.
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