JP2001105358A - Joint drive control system - Google Patents

Joint drive control system

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JP2001105358A
JP2001105358A JP28034199A JP28034199A JP2001105358A JP 2001105358 A JP2001105358 A JP 2001105358A JP 28034199 A JP28034199 A JP 28034199A JP 28034199 A JP28034199 A JP 28034199A JP 2001105358 A JP2001105358 A JP 2001105358A
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JP
Japan
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friction
torque
drive
motor
rotation angle
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JP28034199A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Nishida
信一郎 西田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To contribute to a diversity of operations by ensuring high-precision joint drive control. SOLUTION: A torque command and the rotational speed of a drive motor 12 are determinative of the drive, either forward or reverse, of the drive motor 12. A forward drive friction estimation part 201 or reverse drive friction estimation part 202 of a friction estimating instrument 20 is selected accordingly to estimate the friction torque. The estimated friction torque and the torque command provide a motor torque command, by which the drive motor 12 is drive-controlled to control a joint 9.

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、例えば宇宙航行
体に搭載されて宇宙空間に各種構造物を構築するロボッ
トシステムに係り、特に、そのロボットアーム間等を旋
回自在等に連結する関節を所望の出力トルクで駆動制御
するのに用いる関節駆動制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot system mounted on, for example, a spacecraft to construct various structures in outer space, and more particularly, to a joint for rotatably connecting the robot arms and the like. The present invention relates to a joint drive control device used for drive control with an output torque of the joint.

【0002】[0002]

【従来の技術】宇宙開発の分野においては、人間が常駐
可能な宇宙ステーションを宇宙空間に建設して、この宇
宙ステーションを宇宙基地として他の宇宙機の保守点検
等を実現する計画が進められている。このような宇宙ス
テーション建設構想は、建築物資の運搬や組立て作業
を、人間に代わって作業用ロボットを遠隔的に操作して
実行するロボットシステムが有効である。
2. Description of the Related Art In the field of space development, a plan is underway to construct a space station in which humans can reside in outer space and to use this space station as a space base for maintenance and inspection of other spacecraft. I have. For such a space station construction concept, a robot system that carries out transportation and assembly work of building materials by remotely operating a work robot instead of a human being is effective.

【0003】このロボットシステムにおける作業用ロボ
ットアームは、その作業環境が宇宙環境のために、作業
時、負荷となる作業対象物の慣性に応じて、その関節駆
動系の制御安定性が大きく影響を受けることで、高い応
答性が要求される。
Since the working robot arm in this robot system has a work environment of a space environment, the control stability of the joint drive system greatly affects the inertia of a work object which becomes a load during work. By receiving it, high responsiveness is required.

【0004】しかしながら、上記作業用ロボットアーム
では、その関節における静止摩擦、クーロン摩擦、粘性
摩擦、トルクに比例した回転抵抗が存在されるうえ、そ
の順駆動あるいは逆駆動状態に応じて付与される摩擦ト
ルクが異なるために、その応答性や、追従性等のロボッ
ト特性が低下され、例えば作業対象物として各種の負荷
慣性を有したものや、あるいは未知の慣性を有したもの
を高精度に把持するのが困難であるという問題を有す
る。
[0004] However, in the above-mentioned working robot arm, there are static friction, Coulomb friction, viscous friction, and rotational resistance proportional to the torque at the joint, and the friction applied according to the forward drive or reverse drive state. Due to the difference in torque, its responsiveness and robot characteristics such as followability are degraded.For example, a work object having various load inertia or an object having unknown inertia is grasped with high accuracy. Is difficult to perform.

【0005】係る問題は、その使用環境が宇宙環境とい
う極限環境であり、1台の作業用ロボットで、負荷慣性
の異なる各種の作業対象物を対象として、高精度な作業
を実現することが強く要請されることで、重要な課題と
なっている。
The problem is that the environment of use is an extreme environment of a space environment, and it is highly likely that a single working robot can perform highly accurate work on various work objects having different load inertia. Being requested is an important issue.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の作業用ロボットアームの関節駆動系では、その順駆
動あるいは逆駆動状態に応じて付与される摩擦トルクが
異なることにより、負荷慣性の異なる作業対象物を作業
体対象として構成すると、その把持性能等のロボット特
性が低下されるという問題を有する。
As described above, in the conventional joint drive system of the working robot arm, the friction torque applied according to the forward drive or reverse drive state is different, so that the load inertia is reduced. When a different work target is configured as a work target, there is a problem that robot characteristics such as grip performance are reduced.

【0007】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、簡易な構成で、高精度な関節駆動制御を実現し
て、作業内容の多様化に寄与し得るようにした関節駆動
制御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a simple configuration, realizes highly accurate joint drive control, and can contribute to diversification of work contents. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、駆動モータ
の回転力が減速機構を介して伝達されて駆動制御される
関節と、前記駆動モータの回転角を検出する回転角検出
手段と、目標角度情報と前記回転角検出手段の検出回転
角情報とに基づいて前記駆動モータの回転速度指令を生
成し、この回転指令速度と前記回転角検出手段の検出回
転角情報に基づくモータ回転速度とより、トルク指令を
生成するトルク生成手段と、前記駆動モータの順駆動及
び逆駆動時の摩擦トルクを推定する摩擦パラメータの異
なる順駆動摩擦推定部及び逆駆動摩擦推定部を有し、前
記回転角検出手段の検出回転角情報に基づく回転速度情
報と前記トルク生成手段で生成したトルク指令とより、
前記駆動モータの回転状態を判定して前記順駆動摩擦推
定部及び前記逆駆動摩擦推定部を選択して摩擦トルクを
推定する摩擦推定手段と、この摩擦推定手段で推定した
摩擦トルクと前記トルク生成手段で生成したトルク指令
とに基づいてモータトルク指令を生成して前記駆動モー
タを駆動制御して前記関節を制御する手段とを備えて関
節駆動制御装置を構成した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a joint whose rotational force is transmitted via a speed reduction mechanism to control the driving of a drive motor, a rotational angle detecting means for detecting a rotational angle of the drive motor, A rotation speed command of the drive motor is generated based on the angle information and the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit, and a rotation speed command based on the rotation command speed and the motor rotation speed based on the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit. A torque generating means for generating a torque command, and a forward drive friction estimator and a reverse drive friction estimator having different friction parameters for estimating friction torque at the time of forward drive and reverse drive of the drive motor. From the rotation speed information based on the detected rotation angle information of the means and the torque command generated by the torque generating means,
Friction estimating means for judging the rotational state of the drive motor and selecting the forward drive friction estimating section and the reverse drive friction estimating section to estimate the friction torque; the friction torque estimated by the friction estimating means and the torque generation; Means for generating a motor torque command based on the torque command generated by the means and controlling the drive of the drive motor to control the joint.

【0009】上記構成によれば、摩擦推定手段は、駆動
モータの回転状態をトルク指令と駆動モータの回転速度
の基づいて順駆動及び逆駆動のいづれかを判定して、順
駆動摩擦推定部あるいは逆駆動摩擦推定部を選択し、そ
の摩擦トルクを推定してこの推定した摩擦トルクとトル
ク指令により、モータトルク指令を求めて、駆動モータ
を駆動制御して関節を制御している。このように順駆動
及び逆駆動を判定して、その順駆動あるいは逆駆動にお
ける摩擦トルクを推定して、この推定した摩擦トルクと
トルク指令に基づいてモータトルク指令を生成して駆動
モータを駆動制御して関節を制御していることにより、
その応答性や、追従性等のロボット特性の高精度化を図
ることが可能となり、その作業対象が負荷慣性の大きい
場合においても、負荷慣性の小さなものと略同様に高精
度な操作制御が可能となる。
According to the above construction, the friction estimating means determines the rotational state of the drive motor as either forward drive or reverse drive based on the torque command and the rotational speed of the drive motor. A driving friction estimating unit is selected, the friction torque is estimated, a motor torque command is obtained based on the estimated friction torque and torque command, and the drive motor is drive-controlled to control the joint. In this way, forward drive and reverse drive are determined, the friction torque in the forward drive or reverse drive is estimated, and a motor torque command is generated based on the estimated friction torque and torque command to drive the drive motor. And controlling the joints,
It is possible to increase the accuracy of robot characteristics such as responsiveness and followability, and even when the work target is large in load inertia, high-precision operation control is possible in almost the same way as those with small load inertia Becomes

【0010】従って、作業対象として、その負荷慣性が
未知なものにおいても、安定した追従制御及び迅速な応
答性を確保することが可能となり、安全にして、信頼性
の高い高精度なロボット作業に寄与することが可能とな
る。
[0010] Therefore, even when the load inertia is unknown, it is possible to secure stable follow-up control and quick responsiveness, and to perform a safe, highly reliable and highly accurate robot operation. It is possible to contribute.

【0011】また、この発明は、駆動モータの回転力が
減速機構を介して伝達されて駆動制御される関節と、前
記駆動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前
記関節の出力軸のトルクを検出するトルク検出手段と、
目標角度情報と前記回転角検出手段の検出回転角情報と
に基づいて前記駆動モータの回転速度指令を生成し、こ
の回転指令速度と前記回転角検出手段の検出回転角情報
に基づくモータ回転速度とより、トルク指令を生成する
トルク生成手段と、前記駆動モータの順駆動及び逆駆動
時の摩擦トルクを推定する順駆動摩擦推定部及び逆駆動
摩擦推定部を有し、前記回転角検出手段の検出回転角情
報に基づく回転速度情報と前記トルク生成手段で生成し
たトルク指令とより、前記駆動モータの回転状態を判定
して前記順駆動摩擦推定部及び前記逆駆動摩擦推定部を
選択して順駆動及び逆駆動時の摩擦トルクを推定する摩
擦推定手段と、前記トルク検出センサの検出トルク、前
記回転角検出手段の検出回転角情報に基づくモータ回転
速度及び前記トルク生成手段で生成したトルク指令に基
づいて関節摩擦を同定して前記摩擦推定手段の順駆動摩
擦推定部及び前記逆駆動摩擦推定部の摩擦パラメータを
設定する摩擦パラメータ設定手段と、前記摩擦推定手段
で推定した摩擦トルクと前記トルク生成手段で生成した
トルク指令とに基づいてモータトルク指令を生成して前
記駆動モータを駆動制御して前記関節を制御する手段と
を備えて関節駆動制御装置を構成した。
Further, the present invention provides a joint whose driving force is transmitted via a speed reduction mechanism to control the driving of a driving motor, a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the driving motor, and an output shaft of the joint. Torque detecting means for detecting the torque of
A rotation speed command of the drive motor is generated based on the target angle information and the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit, and the rotation command speed and the motor rotation speed based on the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit are calculated. A torque generating unit for generating a torque command; a forward drive friction estimating unit and a reverse drive friction estimating unit for estimating friction torque during forward drive and reverse drive of the drive motor; From the rotation speed information based on the rotation angle information and the torque command generated by the torque generation unit, the rotation state of the drive motor is determined, and the forward drive friction estimation unit and the reverse drive friction estimation unit are selected to perform forward drive. A friction estimating means for estimating a friction torque at the time of reverse driving, a torque detected by the torque detection sensor, a motor rotation speed based on detected rotation angle information of the rotation angle detection means, and the torque. Friction parameter setting means for identifying joint friction based on the torque command generated by the generation means and setting friction parameters of the forward drive friction estimation section and the reverse drive friction estimation section of the friction estimation means; and Means for generating a motor torque command based on the estimated friction torque and the torque command generated by the torque generating means and controlling the drive motor to drive the joint to control the joint. .

【0012】上記構成によれば、摩擦パラメータ設定手
段は、トルク検出センサの検出トルク、回転角検出手段
の検出回転角情報に基づくモータ回転速度及びトルク生
成手段で生成したトルク指令に基づいて関節摩擦を同定
して摩擦推定手段の順駆動摩擦推定部及び前記逆駆動摩
擦推定部の摩擦パラメータを設定する。そして、摩擦推
定手段は、駆動モータの回転状態をトルク指令と駆動モ
ータの回転速度の基づいて順駆動及び逆駆動のいづれか
を判定して、順駆動摩擦推定部あるいは逆駆動摩擦推定
部を選択し、その摩擦パラメータに基づいて摩擦トルク
を推定してこの推定した摩擦トルクとトルク指令によ
り、モータトルク指令を求めて、駆動モータを駆動制御
して関節を制御している。このように順駆動及び逆駆動
を判定して、その順駆動あるいは逆駆動における摩擦ト
ルクを摩擦パラメータに基づいて推定し、この推定した
摩擦トルクとトルク指令に基づいてモータトルク指令を
生成して駆動モータを駆動制御して関節を制御している
ことにより、その応答性や、追従性等のロボット特性の
高精度化を図ることが可能となり、その作業対象が負荷
慣性の大きい場合においても、負荷慣性の小さなものと
略同様に高精度な操作制御が可能となる。
According to the above configuration, the friction parameter setting means determines the joint friction based on the detected torque of the torque detection sensor, the motor rotation speed based on the detected rotation angle information of the rotation angle detection means, and the torque command generated by the torque generation means. And sets the friction parameters of the forward drive friction estimator and the reverse drive friction estimator of the friction estimator. Then, the friction estimating means determines the rotational state of the drive motor as either forward drive or reverse drive based on the torque command and the rotational speed of the drive motor, and selects a forward drive friction estimator or a reverse drive friction estimator. Then, a friction torque is estimated based on the friction parameter, a motor torque command is obtained based on the estimated friction torque and torque command, and the drive motor is drive-controlled to control the joint. In this manner, the forward drive and the reverse drive are determined, the friction torque in the forward drive or the reverse drive is estimated based on the friction parameter, and a motor torque command is generated based on the estimated friction torque and the torque command to drive the motor. By controlling the motor to control the joints, it is possible to improve the accuracy of the robot characteristics such as its responsiveness and follow-up performance. Operation control with high accuracy can be performed in substantially the same manner as that with low inertia.

【0013】従って、作業対象として、その負荷慣性が
未知なものにおいても、安定した追従制御及び迅速な応
答性を確保することが可能となり、安全にして、信頼性
の高い高精度なロボット作業に寄与することが可能とな
る。
Therefore, even if the load inertia is unknown as a work object, it is possible to secure stable follow-up control and quick responsiveness, and to perform a safe, highly reliable and highly accurate robot work. It is possible to contribute.

【0014】[0014]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0015】図1は、この発明の一実施の形態に係る関
節駆動制御装置を示すもので、第1の減算器10には、
その一方の入力端に図示しない指令部より目標角度θR
が入力され、その他方の入力端に回転角検出センサ11
の出力端が接続される。この回転角検出センサ11は、
図2に示すように関節9の駆動モータ12に組付けら
れ、この駆動モータ12の駆動軸には、減速機構13を
介して関節出力軸14に連結される。
FIG. 1 shows a joint drive control apparatus according to an embodiment of the present invention.
At one of the input terminals, a target angle θR
Is input to the other input terminal.
Output terminals are connected. This rotation angle detection sensor 11
As shown in FIG. 2, it is assembled to a drive motor 12 of the joint 9, and the drive shaft of the drive motor 12 is connected to a joint output shaft 14 via a speed reduction mechanism 13.

【0016】上記第1の減算器10は、その出力端が速
度プロフィル生成器15に接続され、回転角検出センサ
11からのモータ回転角θmと目標角度θRとを減算処理
して速度プロフィル生成器15に出力する。速度プロフ
ィル生成器15は、その出力端に第2の減算器16の一
方の入力端が接続され、第1の減算器10の出力情報に
基づいて回転速度指令ωRを生成して第2の減算器16
に出力する。
The output terminal of the first subtractor 10 is connected to a speed profile generator 15, and the first subtracter 10 subtracts the motor rotation angle θm from the rotation angle detection sensor 11 and the target angle θR to perform a speed profile generation. 15 is output. The output terminal of the speed profile generator 15 is connected to one input terminal of the second subtractor 16, and generates a rotational speed command ωR based on the output information of the first subtractor 10 to perform the second subtraction. Table 16
Output to

【0017】この第2の減算器16は、その他方の入力
端に微分器17の出力端が接続される。微分器17は、
上記回転角検出センサ11からのモータ回転角θmを微
分処理して回転速度ωmを算出して第2の減算器16に
出力する。
The output terminal of the differentiator 17 is connected to the other input terminal of the second subtracter 16. The differentiator 17 is
The motor rotation angle θm from the rotation angle detection sensor 11 is differentiated to calculate a rotation speed ωm, which is output to the second subtractor 16.

【0018】第2の減算器16は、その出力端に積算器
18が接続され、入力した回転速度指令ωR及び微分器
17で生成した回転速度ωmを減算して積算器18に出
力する。積算器18は、その出力端に加算器19の一方
の入力端が接続され、上記第2の減算器16の出力にゲ
インKVを積算してトルク指令τRを生成して加算器19
に出力する。
The output terminal of the second subtracter 16 is connected to an integrator 18, which subtracts the input rotational speed command ωR and the rotational speed ωm generated by the differentiator 17 and outputs the result to the integrator 18. The output terminal of the integrator 18 is connected to one input terminal of an adder 19, and the output of the second subtractor 16 is multiplied by the gain KV to generate a torque command τR.
Output to

【0019】この加算器19は、その他方の入力端に摩
擦推定器20の順駆動摩擦推定部201及び逆駆動摩擦
推定部202の出力端が接続される。この順駆動摩擦推
定部201及び逆駆動摩擦推定部202は、その摩擦パ
ラメータが、順駆動及び逆駆動に応じて異なる特性に設
定され、この順駆動摩擦推定部201及び逆駆動摩擦推
定部202で上記トルク指令τRと上記回転速度ωmに基
づいて摩擦トルクを推定して加算器19に出力する。加
算器19は、この摩擦トルク情報と上記トルク指令τR
とを加算してモータトルク指令τmRを算出して関節9の
駆動モータ12を駆動制御する。駆動モータ12は、そ
の回転駆動に連動して関節9を構成する減速機構13を
介して関節出力軸14を駆動制御して(図2参照)、図
示しないロボットアームを動作制御する。
The adder 19 has the other input terminal connected to the output terminals of the forward drive friction estimator 201 and the reverse drive friction estimator 202 of the friction estimator 20. The forward driving friction estimating unit 201 and the reverse driving friction estimating unit 202 have their friction parameters set to different characteristics depending on the forward driving and the reverse driving, and the forward driving friction estimating unit 201 and the reverse driving friction estimating unit 202 The friction torque is estimated based on the torque command τR and the rotation speed ωm and output to the adder 19. The adder 19 calculates the friction torque information and the torque command τR.
Is added to calculate the motor torque command τmR to drive and control the drive motor 12 of the joint 9. The drive motor 12 drives (see FIG. 2) the joint output shaft 14 via a speed reduction mechanism 13 that forms the joint 9 in conjunction with the rotation of the drive motor 12 to control the operation of a robot arm (not shown).

【0020】上記摩擦推定器20は、その順駆動摩擦推
定部201及び逆駆動摩擦推定部202の入力端にスイ
ッチ203の固定接点a,bが接続され、このスイッチ
203の可動接点cには、回転状態判定部204の出力
端が接続される。回転状態判定部204は、その一方の
入力端に上記微分器17の出力端が接続され、その他方
の入力端に上記積算器18の出力端が接続される。回転
状態判定部204は、微分器17からの回転速度情報及
び積算器18からのトルク指令τRに基づいて駆動モー
タ12の順駆動(駆動モータの回転方向がトルクと同方
向の状態)あるいは逆駆動(駆動モータの回転方向がト
ルクと逆方向の状態)を判定して、スイッチ203の可
動接点cを固定接点a,bに切換え設定する。
In the friction estimator 20, fixed contacts a and b of a switch 203 are connected to input ends of a forward drive friction estimator 201 and a reverse drive friction estimator 202, and a movable contact c of the switch 203 has The output terminal of the rotation state determination unit 204 is connected. The rotation state determination unit 204 has one input terminal connected to the output terminal of the differentiator 17 and the other input terminal connected to the output terminal of the integrator 18. The rotation state determination unit 204 drives the drive motor 12 forward (the rotation direction of the drive motor is in the same direction as the torque) or reverse drive based on the rotation speed information from the differentiator 17 and the torque command τR from the integrator 18. (The rotational direction of the drive motor is opposite to the torque) is determined, and the movable contact c of the switch 203 is switched to the fixed contacts a and b.

【0021】上記順駆動摩擦推定部201及び逆駆動摩
擦推定部202は、その回転速度情報及び積算器からの
トルク指令τRに基づい順駆動摩擦及び逆駆動摩擦を推
定してその摩擦トルクを上記加算器19に出力する。
The forward drive friction estimation section 201 and the reverse drive friction estimation section 202 estimate forward drive friction and reverse drive friction based on the rotation speed information and the torque command τR from the integrator, and add the friction torque. Output to the container 19.

【0022】上記構成において、第1の減算器10に目
標角度θRが入力されると、この第1の減算器10は、
回転角検出センサ11からのモータ回転角θmと目標角
度θRとを減算処理して、処理信号を速度プロフィル生
成部15に出力する。速度プロフィル生成部15は、入
力した処理情報に基づいて回転速度指令ωRを生成して
第2の減算器16に出力する。第2の減算器16は、微
分器17で算出した回転速度ωmと回転速度指令ωRとを
減算処理して積算器18に出力する。積算器18は、入
力した速度指令にゲインKVを積算してトルク指令τRを
算出して加算器19に出力する。
In the above configuration, when the target angle θR is input to the first subtractor 10, the first subtractor 10
The motor rotation angle θm from the rotation angle detection sensor 11 is subtracted from the target angle θR, and a processing signal is output to the speed profile generation unit 15. The speed profile generation unit 15 generates a rotation speed command ωR based on the input processing information and outputs the rotation speed command ωR to the second subtractor 16. The second subtractor 16 subtracts the rotation speed ωm calculated by the differentiator 17 from the rotation speed command ωR and outputs the result to the integrator 18. The integrator 18 integrates the gain KV with the input speed command, calculates a torque command τR, and outputs the torque command τR to the adder 19.

【0023】同時に、摩擦推定器20は、その回転状態
判定部204に上記微分器17からの回転速度ωm及び
積算器18からにトルク指令τRが入力され、これら回
転速度ωm及びトルク指令τRに基づいて順駆動あるいは
逆駆動を判定してスイッチ切換え信号を生成してスイッ
チ204の可動接点cを切換え制御する。ここで、順駆
動摩擦推定部201あるいは逆駆動摩擦推定部202
は、回転速度ωm及びトルク指令τRに基づいて摩擦トル
クを生成して、摩擦トルク情報を上記加算器19に出力
する。
At the same time, the friction estimator 20 receives the rotation speed ωm from the differentiator 17 and the torque command τR from the integrator 18 in the rotation state determination unit 204, and based on the rotation speed ωm and the torque command τR. The switch 204 controls the movable contact c of the switch 204 by determining the forward drive or the reverse drive to generate a switch switching signal. Here, the forward drive friction estimation unit 201 or the reverse drive friction estimation unit 202
Generates a friction torque based on the rotation speed ωm and the torque command τR, and outputs friction torque information to the adder 19.

【0024】加算器19は、摩擦推定器20の順駆動摩
擦推定部201あるいは逆駆動摩擦推定部202からの
摩擦トルク情報が入力され、この摩擦トルク情報を上記
積算器18からのトルク指令τRに加算してモータトル
ク指令τmRを算出して関節9の駆動モータ12を駆動制
御する。
The adder 19 receives friction torque information from the forward drive friction estimator 201 or the reverse drive friction estimator 202 of the friction estimator 20 and converts the friction torque information into a torque command τR from the integrator 18. The motor torque command τmR is calculated by the addition to drive and control the drive motor 12 of the joint 9.

【0025】ここで、関節9は、入力したモータトルク
指令τmRに基づいて駆動モータ12が駆動制御され、そ
の該駆動モータ12の回転力が、減速機構13を介して
関節出力軸14に伝達され、該関節出力軸14は、その
出力トルクが所定の値に設定される。
The drive of the drive motor 12 of the joint 9 is controlled based on the input motor torque command τmR, and the torque of the drive motor 12 is transmitted to the joint output shaft 14 via the speed reduction mechanism 13. The output torque of the joint output shaft 14 is set to a predetermined value.

【0026】このように駆動モータ12の回転速度ωm
とトルク指令τRに基づいて摩擦推定器20の順駆動摩
擦推定部201あるいは逆駆動摩擦推定部202で順駆
動あるいは逆駆動における摩擦トルクを推定して、この
順駆動あるいは逆駆動における摩擦トルクを補償するよ
うに駆動モータ12を駆動制御していることにより、そ
の作業対象が負荷慣性の大きい場合においても、負荷慣
性の小さなものと略同様に関節出力軸が、所定のトルク
で負荷に対して追従制御することができる。
As described above, the rotational speed ωm of the drive motor 12
The forward drive friction estimator 201 or the reverse drive friction estimator 202 of the friction estimator 20 estimates the friction torque in the forward drive or the reverse drive based on the torque command τR and compensates the friction torque in the forward drive or the reverse drive. By controlling the driving of the drive motor 12, the joint output shaft follows the load with a predetermined torque even in the case where the work object has a large load inertia, almost in the same manner as the one with a small load inertia. Can be controlled.

【0027】即ち、摩擦推定器20で、順駆動あるいは
逆駆動における摩擦トルクそれぞれ推定して摩擦トルク
を補償することにより、関節9の静止摩擦、クーロン摩
擦、粘性摩擦、負荷トルクに比例したいわゆるダンピン
グ要素を考慮した関節9の駆動制御が実行される。
That is, the friction estimator 20 estimates the friction torque in the forward drive or the reverse drive to compensate for the friction torque, so that the so-called damping proportional to the static friction, Coulomb friction, viscous friction, and load torque of the joint 9 is performed. The drive control of the joint 9 in consideration of the elements is executed.

【0028】このように、上記関節駆動制御装置は、ト
ルク指令と駆動モータ12の回転速度の基づいて駆動モ
ータ12の順駆動及び逆駆動のいづれかを判定して、摩
擦推定器20の順駆動摩擦推定部201あるいは逆駆動
摩擦推定部202を選択し、その摩擦トルクを推定して
この推定した摩擦トルクとトルク指令により、モータト
ルク指令を求めて、駆動モータ12を駆動制御して関節
9を制御するように構成した。
As described above, the joint drive control device determines whether the drive motor 12 is to be driven forward or backward based on the torque command and the rotation speed of the drive motor 12, and determines the forward drive friction of the friction estimator 20. The estimating unit 201 or the reverse drive friction estimating unit 202 is selected, the friction torque is estimated, a motor torque command is obtained based on the estimated friction torque and torque command, and the drive motor 12 is driven to control the joint 9. It was configured to be.

【0029】これによれば、その順駆動及び逆駆動状態
に応じた高精度なモータトルク指令の生成が実現される
ことにより、その応答性や、追従性等のロボット特性の
高精度化を図ることができるため、その作業対象が負荷
慣性の大きい場合においても、負荷慣性の小さなものと
略同様に高精度な操作制御が実現することが可能とな
る。この結果、作業対象として、その負荷慣性が未知な
ものにおいても、安定した追従制御及び迅速な応答性を
確保することができて、安全にして、信頼性の高い高精
度なロボット作業を実現することができる。
According to this, the generation of a highly accurate motor torque command according to the forward drive and reverse drive states is realized, thereby improving the robot characteristics such as responsiveness and followability. Therefore, even when the work target has a large load inertia, highly accurate operation control can be realized in substantially the same manner as that with a small load inertia. As a result, even if the load inertia is unknown as a work target, stable follow-up control and quick response can be ensured, and a safe, highly reliable and highly accurate robot work is realized. be able to.

【0030】なお、この発明は、上記実施の形態に限る
ことなく、その他、図3に示すように構成しても良い。
但し、図3においては、上記図1及び図2と同一部分に
ついて同一符号を付して、便宜上、その詳細な説明につ
いて省略する。
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be configured as shown in FIG.
However, in FIG. 3, the same portions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted for convenience.

【0031】即ち、摩擦推定器20には、摩擦パラメー
タが可変調整自在な順駆動摩擦推定部205及び逆駆動
摩擦推定部206を設けて、これら順駆動摩擦推定部2
05及び逆駆動摩擦推定部206の信号入力端には、摩
擦パラメータ調整部21の出力端が接続される。そし
て、この摩擦パラメータ調整部21には、関節摩擦同定
演算部22の出力端が接続される。
That is, the friction estimator 20 is provided with a forward drive friction estimator 205 and a reverse drive friction estimator 206 whose friction parameters can be variably adjusted.
The output terminal of the friction parameter adjusting unit 21 is connected to the signal input terminal of the reverse drive friction estimating unit 206 and the signal input terminal of the reverse drive friction estimating unit 206. The output end of the joint friction identification calculation unit 22 is connected to the friction parameter adjustment unit 21.

【0032】関節摩擦同定演算部22には、上記積算器
18及び微分器17の各出力端が接続されと共に、トル
ク検出センサ23の出力端が接続される。このトルク検
出センサ23は、例えが上記関節出力軸14に取付けら
れ、関節出力軸14の負荷トルクを検出して関節摩擦同
定演算部22に出力する。関節摩擦同定演算部22は、
積算器18からのトルク指令τR、微分器17からの回
転速度ωm及びトルク検出センサ23の負荷トルクτPに
基づいて摩擦同定信号を生成して摩擦パラメータ調整部
21に出力する。
The output terminals of the integrator 18 and the differentiator 17 and the output terminal of the torque detection sensor 23 are connected to the joint friction identification calculating unit 22. The torque detection sensor 23 is attached to the joint output shaft 14, for example, and detects a load torque of the joint output shaft 14 and outputs the torque to the joint friction identification calculation unit 22. The joint friction identification calculation unit 22
A friction identification signal is generated based on the torque command τR from the integrator 18, the rotation speed ωm from the differentiator 17 and the load torque τP of the torque detection sensor 23 and output to the friction parameter adjustment unit 21.

【0033】摩擦パラメータ調整部21は、入力した摩
擦同定信号の基づいてパラメータ設定信号を生成して上
記順駆動摩擦推定部205及び逆駆動摩擦推定部206
に出力し、これら該順駆動摩擦推定部205及び逆駆動
摩擦推定部206の摩擦パラメータを設定する。この
際、これら順駆動摩擦推定部205及び逆駆動摩擦推定
部206は、回転状態判定部204、スイッチ203を
介して順駆動あるいは逆駆動状態に応じて切換え設定さ
れて一方が選択され、その摩擦パラメータしたがって摩
擦トルクを推定して、その推定した摩擦トルクを上記加
算器19に出力する。これにより、さらに高精度な摩擦
トルク推定が可能となり、その応答性や、追従性等のロ
ボット特性の高精度化を図ることができるまた、上記実
施の形態では、関節構造として関節出力軸14を減速機
構13に直接的に連結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、例えば関節出力軸と減速機
構との間にばね機構を介在する関節構造においても適用
可能であり、略同様の効果を期待することができる。
The friction parameter adjusting section 21 generates a parameter setting signal based on the input friction identification signal and generates the forward driving friction estimating section 205 and the reverse driving friction estimating section 206.
And sets the friction parameters of the forward drive friction estimator 205 and the reverse drive friction estimator 206. At this time, the forward drive friction estimation section 205 and the reverse drive friction estimation section 206 are switched and set according to the forward drive or reverse drive state via the rotation state determination section 204 and the switch 203, and one of them is selected, and the friction is determined. The parameter, that is, the friction torque is estimated, and the estimated friction torque is output to the adder 19. As a result, it is possible to estimate the friction torque with higher accuracy, and it is possible to achieve higher accuracy of the robot characteristics such as responsiveness and followability. In the above embodiment, the joint output shaft 14 is used as the joint structure. Although the description has been given of the case where it is configured to be directly connected to the speed reduction mechanism 13, the present invention is not limited to this, and is also applicable to a joint structure in which a spring mechanism is interposed between a joint output shaft and a speed reduction mechanism, for example. A substantially similar effect can be expected.

【0034】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
で種々の変更を実施し得ることは勿論のことである。
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳述したように,この発明によれ
ば、簡易な構成で、高精度な関節駆動制御を実現して、
作業内容の多様化に寄与し得るようにした関節駆動制御
装置を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, a highly accurate joint drive control can be realized with a simple configuration.
A joint drive control device that can contribute to diversification of work content 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関節駆動制御装
置を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a joint drive control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の関節の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a joint in FIG. 1;

【図3】この発明の他の実施の形態に係る関節駆動制御
装置を示したブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a joint drive control device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 … 関節。 10 … 第1の減算器。 11 … 回転角検出センサ。 12 … 駆動モータ。 13 … 減速機構。 14 … 関節出力軸。 15 … 速度プロファイル生成部。 16 … 第2の減算器。 17 … 微分器。 18 … 積算器。 19 … 加算器。 20 … 摩擦推定器。 201 … 順駆動摩擦推定部。 202 … 逆駆動摩擦推定部。 203 … スイッチ。 204 … 回転状態判定部。 205 … 順駆動摩擦推定部。 206 … 逆駆動摩擦推定部。 21 … 摩擦パラメータ調整部。 22 … 関節摩擦同定演算部。 23 … トルク検出センサ。 9 ... joints. 10 1st subtracter. 11 A rotation angle detection sensor. 12 ... drive motor. 13 ... reduction gear mechanism. 14 Joint output shaft. 15 Speed profile generator. 16 Second subtractor. 17 ... Differentiator. 18 ... Integrator. 19 ... Adder. 20 ... friction estimator. 201: forward drive friction estimation unit. 202 ... reverse drive friction estimation unit. 203 ... switch. 204: rotation state determination unit. 205 ... forward drive friction estimation unit. 206: reverse drive friction estimation unit. 21 ... friction parameter adjustment unit. 22 ... joint friction identification calculation unit. 23 ... torque detection sensor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動モータの回転力が減速機構を介して
伝達されて駆動制御される関節と、 前記駆動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、 目標角度情報と前記回転角検出手段の検出回転角情報と
に基づいて前記駆動モータの回転速度指令を生成し、こ
の回転指令速度と前記回転角検出手段の検出回転角情報
に基づくモータ回転速度とより、トルク指令を生成する
トルク生成手段と、 前記駆動モータの順駆動及び逆駆動時の摩擦トルクを推
定する摩擦パラメータの異なる順駆動摩擦推定部及び逆
駆動摩擦推定部を有し、前記回転角検出手段の検出回転
角情報に基づく回転速度情報と前記トルク生成手段で生
成したトルク指令とより、前記駆動モータの回転状態を
判定して前記順駆動摩擦推定部及び前記逆駆動摩擦推定
部を選択して摩擦トルクを推定する摩擦推定手段と、 この摩擦推定手段で推定した摩擦トルクと前記トルク生
成手段で生成したトルク指令とに基づいてモータトルク
指令を生成して前記駆動モータを駆動制御して前記関節
を制御する手段とを具備したことを特徴とする関節駆動
制御装置。
1. A joint whose driving force is transmitted via a speed reduction mechanism to control the driving force of a driving motor, rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the driving motor, target angle information and the rotation angle detecting means. A rotation speed command for the drive motor based on the detected rotation angle information, and a torque generation for generating a torque command based on the rotation command speed and the motor rotation speed based on the detected rotation angle information of the rotation angle detection means. Means, a forward drive friction estimator and a reverse drive friction estimator having different friction parameters for estimating the friction torque at the time of forward drive and reverse drive of the drive motor, and based on the detected rotation angle information of the rotation angle detection means. From the rotational speed information and the torque command generated by the torque generating means, the rotational state of the drive motor is determined, and the forward drive friction estimator and the reverse drive friction estimator are selected to determine the friction. Friction estimating means for estimating a torque, a motor torque command is generated based on the friction torque estimated by the friction estimating means and a torque command generated by the torque generating means, and drive control of the drive motor is performed to control the joint. Control means for controlling the joint drive.
【請求項2】 駆動モータの回転力が減速機構を介して
伝達されて駆動制御される関節と、 前記駆動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、 前記関節の出力軸のトルクを検出するトルク検出手段
と、 目標角度情報と前記回転角検出手段の検出回転角情報と
に基づいて前記駆動モータの回転速度指令を生成し、こ
の回転指令速度と前記回転角検出手段の検出回転角情報
に基づくモータ回転速度とより、トルク指令を生成する
トルク生成手段と、 前記駆動モータの順駆動及び逆駆動時の摩擦トルクを推
定する順駆動摩擦推定部及び逆駆動摩擦推定部を有し、
前記回転角検出手段の検出回転角情報に基づく回転速度
情報と前記トルク生成手段で生成したトルク指令とよ
り、前記駆動モータの回転状態を判定して前記順駆動摩
擦推定部及び前記逆駆動摩擦推定部を選択して順駆動及
び逆駆動時の摩擦トルクを推定する摩擦推定手段と、 前記トルク検出センサの検出トルク、前記回転角検出手
段の検出回転角情報に基づくモータ回転速度及び前記ト
ルク生成手段で生成したトルク指令に基づいて関節摩擦
を同定して前記摩擦推定手段の順駆動摩擦推定部及び前
記逆駆動摩擦推定部の摩擦パラメータを設定する摩擦パ
ラメータ設定手段と、 前記摩擦推定手段で推定した摩擦トルクと前記トルク生
成手段で生成したトルク指令とに基づいてモータトルク
指令を生成して前記駆動モータを駆動制御して前記関節
を制御する手段とを具備したことを特徴とする関節駆動
制御装置。
2. A joint whose driving force is transmitted through a speed reduction mechanism to control the driving force of the driving motor, a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the driving motor, and a torque of an output shaft of the joint. A rotation speed command of the drive motor based on the target angle information and the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit, and the rotation command speed and the detected rotation angle information of the rotation angle detection unit. And a torque generating means for generating a torque command from the motor rotation speed based on: a forward drive friction estimator and a reverse drive friction estimator for estimating the friction torque at the time of forward drive and reverse drive of the drive motor,
The rotation state of the drive motor is determined from rotation speed information based on rotation angle information detected by the rotation angle detection unit and a torque command generated by the torque generation unit, and the forward drive friction estimation unit and the reverse drive friction estimation are performed. A friction estimating means for selecting a portion to estimate a friction torque at the time of forward drive and reverse drive; a detected torque of the torque detection sensor, a motor rotation speed based on detected rotation angle information of the rotation angle detection means, and the torque generation means. Frictional parameter setting means for identifying the joint friction based on the torque command generated in step 1 and setting the friction parameters of the forward driving friction estimating section and the reverse driving friction estimating section of the friction estimating means, and the friction estimating means. A motor torque command is generated based on a friction torque and a torque command generated by the torque generating means, and drive control of the drive motor is performed to generate the motor torque command. Joint driving control device being characterized in that and means for controlling.
【請求項3】 前記関節の出力軸は、前記減速機構にば
ね機構を介して弾性変形自在に連結されてなることを特
徴とする請求項1又は2記載の関節駆動制御装置。
3. The joint drive control device according to claim 1, wherein an output shaft of the joint is elastically deformable connected to the speed reduction mechanism via a spring mechanism.
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