JP2003071767A - ロボットアームの振動制御システム - Google Patents
ロボットアームの振動制御システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロボットアームの振動制御装置に関し、ロボ
ットアームに生ずる振動をアームを駆動するモータを制
御して能動的に制御する。 【解決手段】 ロボットの本体１には複数本の多機能ア
ーム１０〜１３が取付けられ、多機能アーム１０を代表
して示す。多機能アーム１０は単一のアーム１０−１，
１０−２及び操作具２からなり、連結部１０ａ，１０
ｂ，１０ｃで連結されて１本のアームを構成し、物体５
０を運搬する。アーム１０−１，１０−２のモータ
Ｍ1 ，Ｍ2 は連結部１０ａ，１０ｂに、振動センサ
Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれの先端へ取付けられる。振動セン
サＳ1 ，Ｓ2 の振動の信号は図示省略の制御装置へ入力
され、各アーム先端に生ずる振動をモータＭ1 ，Ｍ2 の
回転を制御することにより能動的に制振を行い、アーム
全体の振動を抑える。
ットアームに生ずる振動をアームを駆動するモータを制
御して能動的に制御する。 【解決手段】 ロボットの本体１には複数本の多機能ア
ーム１０〜１３が取付けられ、多機能アーム１０を代表
して示す。多機能アーム１０は単一のアーム１０−１，
１０−２及び操作具２からなり、連結部１０ａ，１０
ｂ，１０ｃで連結されて１本のアームを構成し、物体５
０を運搬する。アーム１０−１，１０−２のモータ
Ｍ1 ，Ｍ2 は連結部１０ａ，１０ｂに、振動センサ
Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれの先端へ取付けられる。振動セン
サＳ1 ，Ｓ2 の振動の信号は図示省略の制御装置へ入力
され、各アーム先端に生ずる振動をモータＭ1 ，Ｍ2 の
回転を制御することにより能動的に制振を行い、アーム
全体の振動を抑える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はロボットアームの振
動制御システムに関し、アームを駆動するモータでアー
ムに生ずる振動を能動的に制御して制振するようにした
システムである。 【０００２】 【従来の技術】地上のロボットアームや、マニピュレー
タにおいて、特に、アーム長の長いものは、把持対象を
把持する為の位置決め時に、振動を起こし、把持対象に
近づき難い場合がある。又、宇宙機器においても、宇宙
ステーションのモジュール本体の船外での点検や構造物
の交換、船内での機器の操作や取付け、取外し、等を目
的としたロボットについて現在、本出願人によって種々
計画されているが、その一例を図６により説明する。図
において、１は本体であり、下面四隅には４本の多機能
アーム１０，１１，１２，１３が設けられている。多機
能アーム１０は連結部（関節部）１０ａ，１０ｂ，１０
ｃで連結されて三次元方向に自由に回動可能であり、同
様に、多機能アーム１１は連結部１１ａ，１１ｂ，１１
ｃで、多機能アーム１２は連結部１２ａ，１２ｂ，１２
ｃで、又、多機能アーム１３も連結部１３ａ，１３ｂ，
１３ｃでそれぞれ連結され、４本のアーム１０，１１，
１２，１３を伸縮自在に変化させて自由に移動できる構
成である。 【０００３】各アーム１０，１１，１２，１３の連結部
１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃには操作具２が連結さ
れている。操作具２には側面にカメラ３とライト４が取
付けられ、図示省略の制御装置によりライト４を点灯
し、カメラ３の映像を取り込んでデータ処理し、状況監
視及び位置の確認を行う。操作具２は構造体を取付けて
いる四隅のボルト頭、等を把持するアダプタを備え、又
はボルトを外し、アームを固定するためのネジアダプ
タ、等が装着されている。このような構造のロボットに
は制御装置、即ち、制御用ＣＰＵ１４を有し、各多機能
アーム１０〜１３の各連結部のモータの駆動や、アーム
先端の操作具２の操作を制御し、ロボット本体１を構造
体に沿って操作具２で構造体の突起物、例えばボルト頭
を把持して多機能アーム１０〜１３を順次移動させ、作
動させるものである。このようなロボットは各連結部の
各々に三次元方向の動きを行うモータや、各々の操作具
を駆動させる多数のモータ、アクチュエータが装備され
ている。又、宇宙用マニピュレータも開発され、地上用
と同様な振動の問題を持っている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述のように現在計画
されている宇宙での作業用ロボットは連結部で屈曲可能
に連結された多機能アームを複数本有し、これらアーム
を用いて構造物上を走行したり、その先端に取付けた操
作具により物体を把持したりすることにより各種の作業
を実施している。これらアームは、物体を把持して移動
する場合に、把持する物体の重量や、アーム本体の重量
により振動し、振動特性も重量の異なりや移動速度の変
化により変化する。このような振動特性の変化により把
持する物体を所定の目標位置へ移動する際に、正確な位
置決めが困難な場合がある。 【０００５】そこで本発明は、ロボットアームで把持す
る物体を目標の位置へ移動し、停止した時にアームに振
動が生ずると、この振動をアームを駆動する関節部のモ
ータにより能動的に制振を行うようにした振動制御シス
テムを提供することを課題としてなされたものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の手段を提供する。モータ内蔵の連結
部に同モータで回動可能に接続した単一アームを、複数
本順次連結して構成し、先端の単一アームには物体の把
持手段を備えてなるロボットアームにおいて、前記各単
一アームの先端部近辺に取付けられ、前記把持手段で物
体を把持し前記各モータを駆動して前記各単一アームを
回動して前記物体を目標点へ移動させ前記各モータを停
止させた時に発生する各単一アーム先端の振動を検出す
る振動センサと、同振動センサの検出した信号を取込
み、前記各モータを駆動して前記それぞれの単一アーム
に発生した振動を吸収するように同モータを制御する制
御装置とを備えてなることを特徴とするロボットアーム
の振動制御システム。 【０００７】本発明は上記の構成により、ロボットアー
ムの把持手段で物体を把持し目標地点まで物体を運搬
し、目標地点近辺でモータの駆動を停止する際に、物体
の重量が大きいと急激な停止の場合には加速度が急激に
変化してロボットアームに振動が発生する。この場合、
ロボットアームが物体を把持して伸びた状態の片持アー
ムであるため、アームの固有振動数で共振するとロボッ
トアームには大きな振動を伴う。この振動は各単一アー
ム先端の振動センサで検出され、制御装置へ入力され
る。制御装置は、この信号を取込み、各単一アームのモ
ータを、単一アーム先端の振動と逆位相となる回転を与
えるように制御する。 【０００８】従って、ロボットアーム全体の振動がロボ
ットアームのモータの制御のみで効果的に吸収すること
ができる。又、本発明の振動制御システムでは、制振の
ためのアクチュエータ、等の特別の装備も不要となり、
アームを駆動するためのモータのみで制振が可能とな
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基いて具体的に説明する。図１は本発明の実施
の一形態に係るロボットアームの振動制御システムの構
成図である。図において、ロボット本体１は図６に示す
宇宙での作業ロボットであり、１０は多機能アームで、
複数本あるアーム１０〜１３のうち１本のみを代表して
示している。 【００１０】多機能アーム１０は単一のアーム１０−
１，１０−２及び操作具２を連結部（関節部）１０ａ，
１０ｂ，１０ｃで連結して構成し、物体５０を把持する
構成は図６に示す構造と同じである。アーム１０−１に
は、連結部１０ａに駆動用のモータＭ1 、先端部に振動
センサＳ1 を有し、同様にアーム１０−２にも、連結部
１０ｂにモータＭ2 、先端に振動センサＳ2 を有する構
造である。 【００１１】又、これらモータＭ1 ，Ｍ2 を駆動すると
共に、振動センサＳ1 ，Ｓ2 からの信号を取込み、各ア
ーム１０−１，１０−２の振動を抑えるように各モータ
Ｍ1，Ｍ2 を制御する制御装置が後述するように本体１
に設けられている。複数の他の多機能アーム１１，１
２，１３も同様にそれぞれモータと振動センサ及び制御
装置を備えているが、ここでは多機能アーム１０を代表
して説明する。 【００１２】図２は上記に説明した多機能アーム１０の
制御の系統図であり、図においてアーム１０−１には、
上記したように振動センサＳ1 、モータＭ1 が、アーム
１０−２には振動センサＳ2 、モータＭ2 が、それぞれ
設けられている。各センサＳ 1 ，Ｓ2 は、例えば三次元
加速度センサであり、各アーム先端の三次元方向の加速
度、即ち振動を検出し、その信号を制御装置３０の振動
検出回路３０−１，３０−２へ出力する。 【００１３】各振動検出回路３０−１，３０−２では、
各センサＳ1 ，Ｓ2 からの信号を増幅し、所定の基準値
と比較し、その信号をモータ制御部３１へ送る。モータ
制御部３１では、これら信号に基いて、後述するように
各モータＭ1 ，Ｍ2 を駆動し、各アーム先端の振動を抑
えるように制御する。 【００１４】図３はアーム１０により物体５０を三次元
座標上において、目標点へ移動させる場合の概念図であ
り、図において座標点ＯからＰ点へ物体５０を移動した
例を示している。図示のように２本の単一アーム１０−
１，１０−２の各モータを作動させ、各アーム１０−
１，１０−２を伸ばし、Ｏ点からＰ（ｘ，ｙ，ｚ）の座
標点へ物体５０を移動させると物体５０はＯＰの直線上
の移動がなされ、各モータはブレーキを作動させて停止
する。 【００１５】上記の操作で各アーム１０−１，１０−２
が連結部１０ａ，１０ｂで回動して伸びながら移動し、
物体５０がＰ（ｘ，ｙ，ｚ）点で急速に停止すると、物
体５０重量に伴う加速度の急激な影響により停止時にロ
ボットアーム全体は振動する。即ち、アーム全体は支点
を連結部１０ａとし、物体５０を持った先端で構成する
片持ちのアームとなり、先端が物体５０と共に振動す
る。このような振動がアームの固有振動数で共振し、大
きな振動となると、物体５０の正確な位置決め、位置決
めのための微調整の支障となる。そこで、本発明では、
この振動をモータＭ1 ，Ｍ2 を作動させて振動を能動的
に制振する。 【００１６】図４は上記のアームに発生する振動と、そ
の振動の制御のための信号の波形図であり、三次元方向
（図３におけるＯＰ線上）での波形として説明する。図
において、（ａ）はアーム１０−１又は１０−２単独の
アーム先端Ｐに生ずる振動波形で縦軸が振動の変化、横
軸が時間（ｔ）軸であり、Ｔは振動を制御するための時
間単位であり、一定のクロックパルスの発生により決定
される。 【００１７】図４（ｂ）は、アームが歪むことなく剛体
とした時に、上記（ａ）振動波形で先端Ｐを変化させる
ための支点となる連結部Ｐ0 での回転角度θの変位を示
す。（ｃ）は、上記（ｂ）で生ずる連結部Ｐ0 での回転
角度θの変位を吸収するための変位信号である。この
（ｃ）に示す変位信号が生ずるように、アームの連結部
のモータを制御すれば、（ｂ）に示すアームの支点Ｐ0
の回転角の変位を打消すことができる。従って、アーム
の支点Ｐ0 をこのような（ｃ）の変位で制御することに
より、アーム先端のＰには（ａ）で示す逆方向の振動波
形を発生させて、（ｄ）に示すように振動を抑えること
が可能となる。 【００１８】本発明では、２本のアーム１０−１，１０
−２のそれぞれにおいて、先端部に振動センサＳ1 ，Ｓ
2 を設け、各アーム先端での三次元方向の加速度の変
位、即ち振動を検出し、図２に示すように、それぞれ制
御装置３０へ入力し、振動検出回路３０−１，３０−２
において、それぞれ振動の基準値Ｓと比較し、図４
（ａ）に示すように振動の変位が±Ｓよりも大きい区間
Ｔにおいて、その振動を打消すための各アームの支点Ｐ
0 、即ち連結部１０ａ，１０ｂのモータへ回転を制御す
るための信号（ｃ）を出力し、それぞれのモータＭ1 ，
Ｍ2 を制御し、発生する振動を能動的に制御するもので
ある。 【００１９】図５は上記に説明した制御装置３０での制
御のフローチャートである。図においてスタート後、Ｓ
１において、各モータＭ1 ，Ｍ2 を駆動し、予め設定さ
れた目標地点へ物体を移動すべくアームを移動させる。
Ｓ２において、物体が目標地点にくると、Ｓ３において
モータＭ1 ，Ｍ2 のブレーキを作動してアームを停止さ
せる。 【００２０】この時に振動が発生する可能性があるの
で、Ｓ４においてｎ＝１を設定し、Ｓ５において区間Ｔ
1 での振動センサＳ1 からの信号を振動検出回路３０−
１に取込み、Ｓ５において振動が基準値Ｓを超えて発生
したか否かを判定する。振動が基準値Ｓを超えて発生し
ていると、Ｓ６において、モータＭ1 へ図４（ｃ）に示
すようなＴ1 区間での制御信号を出力し、この区間での
振動を抑えるようにモータＭ1 を回転制御する。Ｓ５に
おいて、振動が基準値を超えていなければ、次のＳ７へ
進む。 【００２１】次に、Ｓ７，Ｓ８において、次の区間での
振動が同様に基準値を超えて発生したか否かを判定し、
振動が発生していなければ、振動は基準値以下に減衰し
たと判断し、終了する。又、Ｓ８において振動が基準値
を超えていれば、Ｓ６へ戻り同様にモータＭ1 へその区
間での制御信号を出力する。 【００２２】上記に説明のＳ４〜Ｓ８での制御は、図２
に示す振動検出回路３０−１での制御であるが、同様な
制御はアーム１０−２の振動センサＳ2 からの信号を取
込んで振動検出回路３０−２でも実施され、モータ制御
部３１では両アーム１０−１，１０−２の振動を制御す
るためにモータＭ1 ，Ｍ2 を制御して各アーム１０−
１，１０−２の振動を抑えることにより、ロボットアー
ムが物体５０を移動する際に生ずる振動を能動的に制御
できる。 【００２３】なお、上記の説明で、ロボットアームは１
０−１，１０−２の単一アームを２本接続する例で説明
したが、本発明のロボットアームは２本の単一アームの
例に限定されず、２本以上の複数本、又は単一のアーム
のみのものでも同様に適用できるものである。 【００２４】又、上記の実施の形態では、宇宙での作業
ロボットの例で説明したが、本発明は宇宙の作業ロボッ
トのみならず、地上での各種プラントでの作業ロボッ
ト、クレーン、等の制振システムに適用しても同様の制
振効果が得られるものである。 【００２５】 【発明の効果】本発明のロボットアームの振動制御シス
テムは、モータ内蔵の連結部に同モータで回動可能に接
続した単一アームを、複数本順次連結して構成し、先端
の単一アームには物体の把持手段を備えてなるロボット
アームにおいて、前記各単一アームの先端部近辺に取付
けられ、前記把持手段で物体を把持し前記各モータを駆
動して前記各単一アームを回動して前記物体を目標点へ
移動させ前記各モータを停止させた時に発生する各単一
アーム先端の振動を検出する振動センサと、同振動セン
サの検出した信号を取込み、前記各モータを駆動して前
記それぞれの単一アームに発生した振動を吸収するよう
に同モータを制御する制御装置とを備えてなることを特
徴としている。 【００２６】上記構成において、ロボットアームの把持
手段で物体を把持し目標地点まで物体を運搬し、目標地
点近辺でモータの駆動を停止すると、物体の重量が大き
いと急激な停止の場合には加速度が急激に変化してロボ
ットアームに振動が発生する。この振動は、ロボットア
ームが物体を把持して伸びた状態の片持アームであるた
め、アームの固有振動数で共振すると大きな振動を伴
う。この振動は各単一アーム先端の振動センサで検出さ
れ、制御装置は、この信号を取込み、各単一アームのモ
ータを単一アーム先端の振動と逆位相となる回転を与え
るように制御し、振動を吸収するように各モータを制御
するので、ロボットアーム全体の振動は小さく抑えられ
る。 【００２７】従って、ロボットアーム全体の振動がロボ
ットアームのモータの制御のみで効果的に吸収すること
ができる。又、本発明の振動制御システムでは、制振の
ためのアクチュエータ、等の特別の装備も不要となり、
アームを駆動するためのモータのみで制振が可能とな
る。
動制御システムに関し、アームを駆動するモータでアー
ムに生ずる振動を能動的に制御して制振するようにした
システムである。 【０００２】 【従来の技術】地上のロボットアームや、マニピュレー
タにおいて、特に、アーム長の長いものは、把持対象を
把持する為の位置決め時に、振動を起こし、把持対象に
近づき難い場合がある。又、宇宙機器においても、宇宙
ステーションのモジュール本体の船外での点検や構造物
の交換、船内での機器の操作や取付け、取外し、等を目
的としたロボットについて現在、本出願人によって種々
計画されているが、その一例を図６により説明する。図
において、１は本体であり、下面四隅には４本の多機能
アーム１０，１１，１２，１３が設けられている。多機
能アーム１０は連結部（関節部）１０ａ，１０ｂ，１０
ｃで連結されて三次元方向に自由に回動可能であり、同
様に、多機能アーム１１は連結部１１ａ，１１ｂ，１１
ｃで、多機能アーム１２は連結部１２ａ，１２ｂ，１２
ｃで、又、多機能アーム１３も連結部１３ａ，１３ｂ，
１３ｃでそれぞれ連結され、４本のアーム１０，１１，
１２，１３を伸縮自在に変化させて自由に移動できる構
成である。 【０００３】各アーム１０，１１，１２，１３の連結部
１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃには操作具２が連結さ
れている。操作具２には側面にカメラ３とライト４が取
付けられ、図示省略の制御装置によりライト４を点灯
し、カメラ３の映像を取り込んでデータ処理し、状況監
視及び位置の確認を行う。操作具２は構造体を取付けて
いる四隅のボルト頭、等を把持するアダプタを備え、又
はボルトを外し、アームを固定するためのネジアダプ
タ、等が装着されている。このような構造のロボットに
は制御装置、即ち、制御用ＣＰＵ１４を有し、各多機能
アーム１０〜１３の各連結部のモータの駆動や、アーム
先端の操作具２の操作を制御し、ロボット本体１を構造
体に沿って操作具２で構造体の突起物、例えばボルト頭
を把持して多機能アーム１０〜１３を順次移動させ、作
動させるものである。このようなロボットは各連結部の
各々に三次元方向の動きを行うモータや、各々の操作具
を駆動させる多数のモータ、アクチュエータが装備され
ている。又、宇宙用マニピュレータも開発され、地上用
と同様な振動の問題を持っている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述のように現在計画
されている宇宙での作業用ロボットは連結部で屈曲可能
に連結された多機能アームを複数本有し、これらアーム
を用いて構造物上を走行したり、その先端に取付けた操
作具により物体を把持したりすることにより各種の作業
を実施している。これらアームは、物体を把持して移動
する場合に、把持する物体の重量や、アーム本体の重量
により振動し、振動特性も重量の異なりや移動速度の変
化により変化する。このような振動特性の変化により把
持する物体を所定の目標位置へ移動する際に、正確な位
置決めが困難な場合がある。 【０００５】そこで本発明は、ロボットアームで把持す
る物体を目標の位置へ移動し、停止した時にアームに振
動が生ずると、この振動をアームを駆動する関節部のモ
ータにより能動的に制振を行うようにした振動制御シス
テムを提供することを課題としてなされたものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の手段を提供する。モータ内蔵の連結
部に同モータで回動可能に接続した単一アームを、複数
本順次連結して構成し、先端の単一アームには物体の把
持手段を備えてなるロボットアームにおいて、前記各単
一アームの先端部近辺に取付けられ、前記把持手段で物
体を把持し前記各モータを駆動して前記各単一アームを
回動して前記物体を目標点へ移動させ前記各モータを停
止させた時に発生する各単一アーム先端の振動を検出す
る振動センサと、同振動センサの検出した信号を取込
み、前記各モータを駆動して前記それぞれの単一アーム
に発生した振動を吸収するように同モータを制御する制
御装置とを備えてなることを特徴とするロボットアーム
の振動制御システム。 【０００７】本発明は上記の構成により、ロボットアー
ムの把持手段で物体を把持し目標地点まで物体を運搬
し、目標地点近辺でモータの駆動を停止する際に、物体
の重量が大きいと急激な停止の場合には加速度が急激に
変化してロボットアームに振動が発生する。この場合、
ロボットアームが物体を把持して伸びた状態の片持アー
ムであるため、アームの固有振動数で共振するとロボッ
トアームには大きな振動を伴う。この振動は各単一アー
ム先端の振動センサで検出され、制御装置へ入力され
る。制御装置は、この信号を取込み、各単一アームのモ
ータを、単一アーム先端の振動と逆位相となる回転を与
えるように制御する。 【０００８】従って、ロボットアーム全体の振動がロボ
ットアームのモータの制御のみで効果的に吸収すること
ができる。又、本発明の振動制御システムでは、制振の
ためのアクチュエータ、等の特別の装備も不要となり、
アームを駆動するためのモータのみで制振が可能とな
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基いて具体的に説明する。図１は本発明の実施
の一形態に係るロボットアームの振動制御システムの構
成図である。図において、ロボット本体１は図６に示す
宇宙での作業ロボットであり、１０は多機能アームで、
複数本あるアーム１０〜１３のうち１本のみを代表して
示している。 【００１０】多機能アーム１０は単一のアーム１０−
１，１０−２及び操作具２を連結部（関節部）１０ａ，
１０ｂ，１０ｃで連結して構成し、物体５０を把持する
構成は図６に示す構造と同じである。アーム１０−１に
は、連結部１０ａに駆動用のモータＭ1 、先端部に振動
センサＳ1 を有し、同様にアーム１０−２にも、連結部
１０ｂにモータＭ2 、先端に振動センサＳ2 を有する構
造である。 【００１１】又、これらモータＭ1 ，Ｍ2 を駆動すると
共に、振動センサＳ1 ，Ｓ2 からの信号を取込み、各ア
ーム１０−１，１０−２の振動を抑えるように各モータ
Ｍ1，Ｍ2 を制御する制御装置が後述するように本体１
に設けられている。複数の他の多機能アーム１１，１
２，１３も同様にそれぞれモータと振動センサ及び制御
装置を備えているが、ここでは多機能アーム１０を代表
して説明する。 【００１２】図２は上記に説明した多機能アーム１０の
制御の系統図であり、図においてアーム１０−１には、
上記したように振動センサＳ1 、モータＭ1 が、アーム
１０−２には振動センサＳ2 、モータＭ2 が、それぞれ
設けられている。各センサＳ 1 ，Ｓ2 は、例えば三次元
加速度センサであり、各アーム先端の三次元方向の加速
度、即ち振動を検出し、その信号を制御装置３０の振動
検出回路３０−１，３０−２へ出力する。 【００１３】各振動検出回路３０−１，３０−２では、
各センサＳ1 ，Ｓ2 からの信号を増幅し、所定の基準値
と比較し、その信号をモータ制御部３１へ送る。モータ
制御部３１では、これら信号に基いて、後述するように
各モータＭ1 ，Ｍ2 を駆動し、各アーム先端の振動を抑
えるように制御する。 【００１４】図３はアーム１０により物体５０を三次元
座標上において、目標点へ移動させる場合の概念図であ
り、図において座標点ＯからＰ点へ物体５０を移動した
例を示している。図示のように２本の単一アーム１０−
１，１０−２の各モータを作動させ、各アーム１０−
１，１０−２を伸ばし、Ｏ点からＰ（ｘ，ｙ，ｚ）の座
標点へ物体５０を移動させると物体５０はＯＰの直線上
の移動がなされ、各モータはブレーキを作動させて停止
する。 【００１５】上記の操作で各アーム１０−１，１０−２
が連結部１０ａ，１０ｂで回動して伸びながら移動し、
物体５０がＰ（ｘ，ｙ，ｚ）点で急速に停止すると、物
体５０重量に伴う加速度の急激な影響により停止時にロ
ボットアーム全体は振動する。即ち、アーム全体は支点
を連結部１０ａとし、物体５０を持った先端で構成する
片持ちのアームとなり、先端が物体５０と共に振動す
る。このような振動がアームの固有振動数で共振し、大
きな振動となると、物体５０の正確な位置決め、位置決
めのための微調整の支障となる。そこで、本発明では、
この振動をモータＭ1 ，Ｍ2 を作動させて振動を能動的
に制振する。 【００１６】図４は上記のアームに発生する振動と、そ
の振動の制御のための信号の波形図であり、三次元方向
（図３におけるＯＰ線上）での波形として説明する。図
において、（ａ）はアーム１０−１又は１０−２単独の
アーム先端Ｐに生ずる振動波形で縦軸が振動の変化、横
軸が時間（ｔ）軸であり、Ｔは振動を制御するための時
間単位であり、一定のクロックパルスの発生により決定
される。 【００１７】図４（ｂ）は、アームが歪むことなく剛体
とした時に、上記（ａ）振動波形で先端Ｐを変化させる
ための支点となる連結部Ｐ0 での回転角度θの変位を示
す。（ｃ）は、上記（ｂ）で生ずる連結部Ｐ0 での回転
角度θの変位を吸収するための変位信号である。この
（ｃ）に示す変位信号が生ずるように、アームの連結部
のモータを制御すれば、（ｂ）に示すアームの支点Ｐ0
の回転角の変位を打消すことができる。従って、アーム
の支点Ｐ0 をこのような（ｃ）の変位で制御することに
より、アーム先端のＰには（ａ）で示す逆方向の振動波
形を発生させて、（ｄ）に示すように振動を抑えること
が可能となる。 【００１８】本発明では、２本のアーム１０−１，１０
−２のそれぞれにおいて、先端部に振動センサＳ1 ，Ｓ
2 を設け、各アーム先端での三次元方向の加速度の変
位、即ち振動を検出し、図２に示すように、それぞれ制
御装置３０へ入力し、振動検出回路３０−１，３０−２
において、それぞれ振動の基準値Ｓと比較し、図４
（ａ）に示すように振動の変位が±Ｓよりも大きい区間
Ｔにおいて、その振動を打消すための各アームの支点Ｐ
0 、即ち連結部１０ａ，１０ｂのモータへ回転を制御す
るための信号（ｃ）を出力し、それぞれのモータＭ1 ，
Ｍ2 を制御し、発生する振動を能動的に制御するもので
ある。 【００１９】図５は上記に説明した制御装置３０での制
御のフローチャートである。図においてスタート後、Ｓ
１において、各モータＭ1 ，Ｍ2 を駆動し、予め設定さ
れた目標地点へ物体を移動すべくアームを移動させる。
Ｓ２において、物体が目標地点にくると、Ｓ３において
モータＭ1 ，Ｍ2 のブレーキを作動してアームを停止さ
せる。 【００２０】この時に振動が発生する可能性があるの
で、Ｓ４においてｎ＝１を設定し、Ｓ５において区間Ｔ
1 での振動センサＳ1 からの信号を振動検出回路３０−
１に取込み、Ｓ５において振動が基準値Ｓを超えて発生
したか否かを判定する。振動が基準値Ｓを超えて発生し
ていると、Ｓ６において、モータＭ1 へ図４（ｃ）に示
すようなＴ1 区間での制御信号を出力し、この区間での
振動を抑えるようにモータＭ1 を回転制御する。Ｓ５に
おいて、振動が基準値を超えていなければ、次のＳ７へ
進む。 【００２１】次に、Ｓ７，Ｓ８において、次の区間での
振動が同様に基準値を超えて発生したか否かを判定し、
振動が発生していなければ、振動は基準値以下に減衰し
たと判断し、終了する。又、Ｓ８において振動が基準値
を超えていれば、Ｓ６へ戻り同様にモータＭ1 へその区
間での制御信号を出力する。 【００２２】上記に説明のＳ４〜Ｓ８での制御は、図２
に示す振動検出回路３０−１での制御であるが、同様な
制御はアーム１０−２の振動センサＳ2 からの信号を取
込んで振動検出回路３０−２でも実施され、モータ制御
部３１では両アーム１０−１，１０−２の振動を制御す
るためにモータＭ1 ，Ｍ2 を制御して各アーム１０−
１，１０−２の振動を抑えることにより、ロボットアー
ムが物体５０を移動する際に生ずる振動を能動的に制御
できる。 【００２３】なお、上記の説明で、ロボットアームは１
０−１，１０−２の単一アームを２本接続する例で説明
したが、本発明のロボットアームは２本の単一アームの
例に限定されず、２本以上の複数本、又は単一のアーム
のみのものでも同様に適用できるものである。 【００２４】又、上記の実施の形態では、宇宙での作業
ロボットの例で説明したが、本発明は宇宙の作業ロボッ
トのみならず、地上での各種プラントでの作業ロボッ
ト、クレーン、等の制振システムに適用しても同様の制
振効果が得られるものである。 【００２５】 【発明の効果】本発明のロボットアームの振動制御シス
テムは、モータ内蔵の連結部に同モータで回動可能に接
続した単一アームを、複数本順次連結して構成し、先端
の単一アームには物体の把持手段を備えてなるロボット
アームにおいて、前記各単一アームの先端部近辺に取付
けられ、前記把持手段で物体を把持し前記各モータを駆
動して前記各単一アームを回動して前記物体を目標点へ
移動させ前記各モータを停止させた時に発生する各単一
アーム先端の振動を検出する振動センサと、同振動セン
サの検出した信号を取込み、前記各モータを駆動して前
記それぞれの単一アームに発生した振動を吸収するよう
に同モータを制御する制御装置とを備えてなることを特
徴としている。 【００２６】上記構成において、ロボットアームの把持
手段で物体を把持し目標地点まで物体を運搬し、目標地
点近辺でモータの駆動を停止すると、物体の重量が大き
いと急激な停止の場合には加速度が急激に変化してロボ
ットアームに振動が発生する。この振動は、ロボットア
ームが物体を把持して伸びた状態の片持アームであるた
め、アームの固有振動数で共振すると大きな振動を伴
う。この振動は各単一アーム先端の振動センサで検出さ
れ、制御装置は、この信号を取込み、各単一アームのモ
ータを単一アーム先端の振動と逆位相となる回転を与え
るように制御し、振動を吸収するように各モータを制御
するので、ロボットアーム全体の振動は小さく抑えられ
る。 【００２７】従って、ロボットアーム全体の振動がロボ
ットアームのモータの制御のみで効果的に吸収すること
ができる。又、本発明の振動制御システムでは、制振の
ためのアクチュエータ、等の特別の装備も不要となり、
アームを駆動するためのモータのみで制振が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るロボットアームの
振動制御システムの構成図である。 【図２】本発明の実施の一形態に係る振動制御システム
の制御系統図である。 【図３】本発明の実施の一形態に係るロボットアームで
物体を運搬する際の三次元座標での概念図である。 【図４】本発明の実施の一形態に係るロボットアームの
振動制御システムにおける振動制御の信号波形図であ
り、（ａ）は振動波形図、（ｂ）はアーム連結部での回
転角変位の波形、（ｃ）は回転角変位を制御する信号波
形、（ｄ）は制振後の振動波形を、それぞれ示す。 【図５】本発明の実施の一形態に係るロボットアームの
振動制御システムでの制御フローチャートである。 【図６】宇宙における作業ロボットの一例を示す斜視図
である。 【符号の説明】 １ 本体 ２ 操作具 １０ 多機能アーム １０−１，１０−２ アーム １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 連結部 ３０ 制御装置 ３０−１，３０−２ 振動検出回路 ３１ モータ制御部
振動制御システムの構成図である。 【図２】本発明の実施の一形態に係る振動制御システム
の制御系統図である。 【図３】本発明の実施の一形態に係るロボットアームで
物体を運搬する際の三次元座標での概念図である。 【図４】本発明の実施の一形態に係るロボットアームの
振動制御システムにおける振動制御の信号波形図であ
り、（ａ）は振動波形図、（ｂ）はアーム連結部での回
転角変位の波形、（ｃ）は回転角変位を制御する信号波
形、（ｄ）は制振後の振動波形を、それぞれ示す。 【図５】本発明の実施の一形態に係るロボットアームの
振動制御システムでの制御フローチャートである。 【図６】宇宙における作業ロボットの一例を示す斜視図
である。 【符号の説明】 １ 本体 ２ 操作具 １０ 多機能アーム １０−１，１０−２ アーム １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 連結部 ３０ 制御装置 ３０−１，３０−２ 振動検出回路 ３１ モータ制御部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 モータ内蔵の連結部に同モータで回動可
能に接続した単一アームを、複数本順次連結して構成
し、先端の単一アームには物体の把持手段を備えてなる
ロボットアームにおいて、前記各単一アームの先端部近
辺に取付けられ、前記把持手段で物体を把持し前記各モ
ータを駆動して前記各単一アームを回動して前記物体を
目標点へ移動させ前記各モータを停止させた時に発生す
る各単一アーム先端の振動を検出する振動センサと、同
振動センサの検出した信号を取込み、前記各モータを駆
動して前記それぞれの単一アームに発生した振動を吸収
するように同モータを制御する制御装置とを備えてなる
ことを特徴とするロボットアームの振動制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001267735A JP2003071767A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | ロボットアームの振動制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001267735A JP2003071767A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | ロボットアームの振動制御システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003071767A true JP2003071767A (ja) | 2003-03-12 |
Family
ID=19093831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001267735A Withdrawn JP2003071767A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | ロボットアームの振動制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003071767A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-09-04 JP JP2001267735A patent/JP2003071767A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081104 |