JP2005100143A - モータ駆動装置の制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 多軸のモータ駆動装置の制御装置は、モータ駆動装置が障害物31と衝突した衝突点32での作業座標系における衝突時の速度ベクトルVcに対して逆向きである逆方向速度ベクトルVr(=−Vc)を実現するために必要な、各軸の退避速度dθi/dtを算出する退避速度器21と、度退避速度dθi/dtに基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出器22を備える。
【選択図】図4
Description
図1は、モータ駆動装置の一例である3リンクのマニピュレータを示し、リンク1〜3と、パラレル駆動型の関節軸S1,S2と、シリアル駆動型の関節軸(以下、単に軸という。)S3とを備える。また、図1においてθ1〜θ3は各軸の関節角度を示す。
第2実施形態は退避速度算出器21が各軸の退避速度dθvi/dtを算出する方法が第1実施形態と異なる。
第3実施形態も退避速度算出器21が退避速度dθvi/dtを算出する方法が第1実施形態と異なる。
本発明の第4実施形態は、退避速度算出器21が外乱情報に基づいて各軸の退避速度を算出する点が第1から第3実施形態と異なる。
図14は、図9と同様に2リンクであるがリンク2が短いショートアーム2リンクマニピュレータ13が障害物31と衝突した状態を示す。障害物31と衝突しているのは短いリンク2であり、外力として反力と摩擦力が作用している。この時、リンク2が短くなっているため、リンク2のリンク長に比例して、以下の2種類の影響がある。まず、軸S2に作用する外乱が小さい(影響1)。また、軸S2による衝突点32(リンク2の先端)の速度が小さい(影響2)。
本発明の第6実施形態は、退避速度算出器21が見かけ上のリンク長さを使用して上記リンク長さに比例する2種類の影響を除去する点が第5実施形態と異なる。図17は一般的な垂直多関節ロボットにおける見かけ上のリンク長を示している。
本発明の第7実施形態では、退避速度算出器21は衝突時の外力ベクトルの方向に退避するように各軸の退避速度を算出する。
本発明の第8実施形態では、退避速度算出器21は弾性変位ベクトル方向の退避動作を実現する各軸の退避速度を算出する。
本実施形態では退避速度算出器21は、第1実施形態の逆方向速度ベクトルVr(−Vc)、第7実施形態の外力ベクトルF、及び弾性変位ベクトルEから衝突時の移動方向を算出する。
以上の実施形態ではマニピュレータ13の先端が衝突点であったが、図24に示すようにリンクの途中で衝突があった場合、厳密に衝突点の位置を特定することは困難である。このような衝突の場合、例えば衝突した軸S4のリンク先端点やマニピュレータそのもの先端点、計算時間短縮のために治具などを取り付ける治具取り付け用のフランジ面、あるいは主軸の先端点などを衝突点の代わりに代用し、第1から第9実施実施形態を適用してもよい。
外乱情報を用いて衝突を検知する場合、一般に外乱情報から得られる衝突評価値が閾値を超えたことによって衝突を検知するのであるが、誤検知を防止するためにその閾値は高めに設定されており、どの軸が最小に閾値を超えるか想定がつかない。図24のような衝突においては、S4軸が衝突しているのであるが、S1〜S3軸で衝突が最初に検知され、その衝突検知軸を中心に衝突検知後の退避運動を決定すれば、S4軸が適切に退避可能か疑問である。
衝突した可能性がある軸よりも先の軸については、停止あるいは自在に可動とする代わりに、コントローラ11が位置や速度の比例ゲインを小さくする、あるいは位置や速度の積分ゲインを0(あるいは0相当の値(0相当の値とは退避行動が終了するまでに積分ゲインによるトルク値が大きく変化しない程度に小さく、あるいの積分ゲインによる積分値の上限値を小さくする))にするなどの対策も有効である。
図25に示すように衝突時の外乱が固有振動による振動成分とランプ状の外乱で構成される場合、外乱の向きを反対に検出する可能性がある。外乱情報に基づいて各軸の退避速度を算出する第4実施形態、外乱を使用して求めた外力ベクトルFに基づいて各軸の退避速度を算出する第7実施形態、及び外乱を使用して求めた弾性変位ベクトルE方向に基づいて各軸の退避速度を算出する第8実施形態では、外乱の向きを誤検知すると誤った退避行動をとる可能性がある。
衝突検知時には、ランプ状外乱dliよりも振動成分dniの方が大きな場合が多い。第13実施形態において説明したように、振動成分dniを除去することによってランプ状外乱dliの向きを正しく判別することは可能であるが、衝突検出時の外乱の大きさはランプ状外乱dliよりも振動成分dniから判別する方がより正しい判定を行うことができる。しかし、振動成分の外乱dniの大きさは時々刻々変化するため、振動成分の外乱の大きさを正しく判断することは困難である。
第8実施形態において弾性変位ベクトルEの算出に使用する各軸の弾性変形角度εiは、以下の方法で算出することができる。まず、軸力Ki×εiを正確に推定することが可能で、例えば算出あるいは推定された軸力Ki×εiから以下の式(34)によって、各軸の弾性変形角度εiを算出可能である。
11 コントローラ
12 軌道計画
13 マニピュレータ
14 エンコーダ
15 外乱算出器
16 評価量算出器
17 比較器
21 退避速度算出器
22 指令算出器
25 モータ
26 アーム
27 減速機
31 障害物
32 衝突点
Claims (19)
- 多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における衝突時の速度ベクトルに対して逆向きである逆方向速度ベクトルを実現するために必要な、各軸の退避速度又は位置増分を算出し、
上記退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 衝突時の各軸の速度と符号が逆で大きさが同じである逆方向各軸速度又は位置増分を算出し、
上記逆方向各軸速度又は位置増分に全ての軸で同一の正の定数を乗算して、上記各軸の退避速度又は位置増分を算出することを特徴とする、請求項1に記載のモータ駆動装置の制御方法。 - 衝突時の各軸の速度と、上記衝突点の上記作業座標系へのヤコビ行列とから、上記衝突時の速度ベクトルを算出し、
上記衝突点の上記作業座標系へのヤコビ行列の逆行列情報と、上記衝突時の速度ベクトルとから上記各軸の退避速度又は位置増分を算出することを特徴とする、請求項1に記載のモータ駆動装置の制御方法。 - 多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
上記モータ駆動装置と外界の衝突検知時の各軸の外乱情報を取得し、
上記衝突検知時の各軸の外乱情報に全ての軸で同一の正の定数を乗算して、衝突から退避するための各軸の退避速度又は位置増分を算出し、
上記退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 上記衝突検知時の各軸の外乱情報と、上記退避速度又は位置増分とのうちの少なくとも一方を、上記モータ駆動装置と外界との衝突点での作業座標系に対する各軸速度のヤコビ行列内で使用される各軸の長さ情報により補正することを特徴とする、請求項4に記載のモータ駆動装置の制御方法。
- 多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における外力ベクトル方向を求め、
上記外力ベクトル方向に沿って衝突点を移動させるために必要な各軸の退避速度又は位置増分を算出し、
上記退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における弾性変位ベクトルに沿って衝突点を移動させるために必要な各軸の退避速度又は位置増分を算出し、
上記算出された退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 多軸のモータ駆動装置が外界と衝突した衝突点を移動させる制御方法において、
上記衝突検知時の作業座標系での速度ベクトルに対して逆向きである逆方向速度ベクトルと、上記衝突検知時の各軸の外乱情報に基づいて求めた上記衝突点での作業座標系での速度ベクトルと、上記衝突点での作業座標系における外力ベクトルと、上記衝突点での作業座標系における弾性変位ベクトルとのうち、いずれか2つ以上のベクトル方向によって内包されるベクトル方向に、上記衝突点を移動させるために必要な退避各軸速度又は位置増分を算出し、
上記退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 上記衝突点に代えて、各軸のリンク先端点と、最先端の軸に設けられた治具取付用のフランジ面とを含む衝突点として想定される点を使用することを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の、モータ駆動装置の制御方法。
- 衝突を検知するための評価値を算出し、該評価値と閾値の比較により外界との衝突を検知する、多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
第1の評価値と第1の閾値との比較により、いずれかの軸と外界との衝突が検知されると、上記第1の評価値と上記第1の閾値よりも衝突検知の判断が成立しやすい第2の閾値との比較、上記第1の評価値よりも衝突の検知感度が高い第2の評価量と上記第1の閾値との比較、又は上記第2の評価値と上記第2の閾値との比較に基づいて、上記第1の評価値と第1の閾値との比較により外界との衝突が検知された軸以外に外界と衝突した可能性のある軸を推定し、
上記推定の結果に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 多軸のモータ駆動装置が外界と衝突した衝突点を移動させる制御方法において、
衝突時の各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力を求め、
固有振動数を含む特定周波数成分を除去して上記衝突時の各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力を補正し、
補正後の各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを制御することを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 衝突を検知し、1つ以上の手法により衝突後の退避方向を決定する多軸のモータ駆動装置の制御方法において、
上記1つ以上の手法によって決定された退避各軸速度又は位置増分の向きと一致しない向きに対しては、位置制御又は速度制御の比例ゲインを第1の値に設定し、積分ゲインを0相当に設定し、又はトルクの上下限値の範囲を第1の範囲に設定し、
上記1つ以上の手法によって決定された全ての退避各軸速度又は位置増分の向きと一致する向きに対しては、上記位置制御又は速度制御の比例ゲインを上記第1の値よりも大きい第2の値に設定し、上記積分ゲインを上記0相当よりも大きい値に設定し、又は上記トルクの上下限値の範囲を第1の範囲よりも大きい第2の範囲に設定する、
ことを特徴とする、モータ駆動装置の制御方法。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における衝突時の速度ベクトルに対して逆向きである逆方向速度ベクトルを実現するために必要な、各軸の退避速度を算出する退避速度算出手段と、
上記退避速度で算出された退避速度に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記モータ駆動装置の外界との衝突検知時の各軸の外乱情報を算出する外乱情報算出手段と、
上記外乱情報算出手段により算出された上記衝突検知時の各軸の外乱情報に全ての軸で同一の正の定数を乗算し、衝突から退避するための各軸の退避速度を算出する退避速度算出手段と、
上記退避速度算出手段によって算出された退避速度に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における外力ベクトル方向を算出する外力ベクトル算出手段と、
上記外力ベクトル方向に沿って、衝突点を移動させるために必要な各軸の退避速度を算出する退避速度算出手段と、
上記退避速度算出手段によって算出された退避速度に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記モータ駆動装置が外界と衝突した衝突点での作業座標系における弾性変位ベクトルに沿って、衝突点を移動させるために必要な各軸の退避速度又は位置増分を算出する退避速度又は位置増分算出手段と、
上記退避速度算出手段又は位置増分算出手段によって算出された退避速度又は位置増分に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記モータ駆動装置の外界との衝突を検知する手段と、
上記衝突検知時の作業座標系での速度ベクトルに対して逆向きである逆方向速度ベクトルと、上記衝突検知時の各軸の外乱情報に基づいて求めた衝突点での作業座標系における速度ベクトルと、上記衝突点での作業座標系における外力ベクトルと、上記衝突点での作業座標系における弾性変位ベクトルとのうち、いずれか2つ以上のベクトル方向によって内包されるベクトル方向に、上記衝突点を移動させるために必要な各軸の退避速度を算出する、退避速度算出手段と、
上記退避速度算出手段によって算出された退避速度に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 衝突を検知するための評価値を算出する手段と、該評価値と閾値の比較により外界との衝突を検知する検知する検知手段とを備える、多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
上記検知手段による第1の評価値と第1の閾値との比較により、いずれかの軸と外界との衝突が検知されると、上記第1の評価値と上記第1の閾値よりも衝突検知の判断が成立しやすい第2の閾値との比較、上記第1の評価値よりも衝突の検知感度が高い第2の評価量と上記第1の閾値との比較、又は上記第2の評価値と上記第2の閾値との比較に基づいて、上記第1の評価値と第1の閾値との比較により外界との衝突が検知された軸以外に外
界と衝突した可能性のある軸を推定する、推定手段と、
上記推定手段による推定結果に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクの指令を算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。 - 多軸のモータ駆動装置の制御装置において、
衝突検知時の各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力を求める手段と、
固有振動数を含む特定周波数成分を除去して上記衝突時の各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力を補正する補正手段と、
補正手段により補正された各軸の速度、外乱情報、弾性変形角度、又は軸力に基づいて、各軸の位置、速度、又はトルクを算出する指令算出手段と
を備えることを特徴とする、モータ駆動装置の制御装置。
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