JP2005100145A - 衝突検知方法及び衝突検知装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 衝突検知装置16は、モータ又は被駆動体に加わる外乱を算出する外乱算出器12、外乱算出器12によって算出された外乱dの絶対値Adを算出する絶対値算出器24、及び絶対値算出器24により算出された絶対値Adを閾値と比較して衝突を判定するコントローラ1を備える。
【選択図】図1
Description
図1及び図2は、本発明の第1実施形態に係る衝突検知装置を示す。この第1実施形態は、外乱dの代わりに外乱パワーPdを衝突評価量として衝突を検知する。
上記式(2),(4)では、加速度やトルクを用いて外乱dを算出しているので、算出された外乱dには多くのノイズが含まれる。このノイズの影響を除去して安定した衝突検知を実現するために、外乱オブザーバなどを使用した高周波除去特性を示すフィルタ処理でノイズ除去をすることが従来から知られている。この種の従来の外乱オブザーバでは、外乱dを一定値外乱(dの時間微分値が0)と仮定して構成しており、このようにして構成された外乱オブザーバの外乱推定値d^の動特性は以下の式(9)で与えられ、外乱dに対して1次遅れ特性を示す(図4参照)。
図7及び図8は、第3実施形態に係る衝突検知装置を示す。この第3実施形態は、外乱絶対値Adの推定値Ad^を衝突評価量として使用する。
図10及び図11は、第4実施形態に係る衝突検知装置を示す。この第4実施形態は、上記第3実施形態よりも検出精度を向上させて、第2実施形態のように外乱パワーPdの推定値Pd^を使用する場合に近付けるために、外乱変化速度d’の絶対値Ad’の推定値Ad’^を衝突評価量として使用する。
図12は、第5実施形態に係る衝突検知装置を示す。外乱変化速度絶対値Ad’やその推定値Ad’^をそのまま衝突評価量として使用した場合、外乱dやその推定値d^を使用するよりも高精度の検知が可能であるが、第1実施形態や第2実施形態のように外乱パワーPdやその推定値Pd^を使用する場合よりは検出精度は低い。第5実施形態では、以下の式(16)で定義される絶対値和Bdを衝突評価量として使用する。
図15は、第6実施形態に衝突検知装置を示す。第6実施形態では、絶対値和Bdに対して以下の式(17)のフィルタ処理を施して得られる絶対値和Bdの推定値Bd^を衝突評価量として使用する。
以上の説明では、外乱dや外乱変化速度d’などが固有振動で振動し、その他の周波数成分が含まれない状況について示してきた。しかし、実際には外乱dや外乱変化速度d’は、固有振動以外の他の周波数成分も含まれていることが多い。第1実施形態から第6実施形態を、固有振動以外の他の周波数成分も含まれる場合にも適用するためには、外乱dや外乱速度d’から固有振動周波数の外乱成分dnや固有振動周波数の外乱速度成分dn’を抜きだし、これらを外乱dや外乱d’に代えて使用すればよい。
図23に示す本発明の第8実施形態は、第7実施形態の外乱パワー成分算出器43にさらにフィルタ45を追加した構成の外乱パワー成分推定器44を備えている。フィルタ44は外乱パワー成分算出器43により算出された外乱パワー成分Pdnに対し、以下の式(20)のフィルタ処理を施して外乱パワー成分Pdnの推定値Pdn^を算出する。
以上の説明では、衝突時の固有振動に着目した衝突検知について述べた。しかし、ロボット3が穏やかに外界と接触し、徐々に外界に押し付けられていくような場合、外乱dは図3に示すように振動することなく、図25に示すようにランプ状に変化する。第9実施形態は、このような外乱dがランプ状に変化する場合の衝突を検知するものである。
モータ駆動系には、トルクリップルや減速機の角度伝達誤差などによって周期的な外乱が加わる。衝突による固有振動とは異なり、これらの周期的外乱は衝突とは全く関係がなく、衝突を検知するために算出された外乱においてはノイズとして作用する。従って、トルクリップルや減速機の角度伝達誤差などによる周期的外乱を除去した外乱に基づいて衝突検知を実施すれば、より高精度な衝突検知を行うことができる。
以上の説明では、固有振動数で振動する外乱(図3参照)と、ランプ状の外乱(図25参照)を個別に取り扱ったが、これら2種類の外乱が同時に発生する場合がある。
図32は、第12実施形態に係る衝突検知装置を示す。この第12実施形態では、上記第11実施形態の衝突評価量Cdが閾値THに達するまでに要する閾値到達予測時間Tpから衝突を検知する。
第12実施形態では、特定周波数(固有周波数成分)を除去した外乱成分である式(26)又は式(27)で算出される外乱成分doとその変化速度do’とを使用して閾値到達予測時間Tpを算出している。しかし、外乱成分doには特定周波数成分以外の高周波成分が含まれているので、閾値到達予測時間Toは変化速度do’の高周波成分により誤差が生じる。そのため外乱成分doの変化速度do’に高周波成分が含まれる場合、その高周波成分を除去した推定値do’^を用いて閾値到達予測時間Tpを算出した方が安定した衝突検知が可能である。
2 軌道計画
3 ロボット
4 エンコーダ
11 外乱パワー算出器
12 外乱算出器
13 パワー算出器
14 演算器
15,16 自乗演算器
17 加算器
18 外乱パワー平方根推定器
19 平方根算出器
20 フィルタ
22 外乱絶対値推定器
23 外乱絶対値算出器
24 絶対値算出器
25 フイルタ
26 外乱変化速度絶対値推定器
27 外乱変化速度絶対値算出器
28 フィルタ
29 速度絶対値算出器
30 速度算出器
31 絶対値算出器
33 絶対値和算出器
34 乗算器
35 加算器
37 絶対値和推定器
38 フィルタ
41 外乱成分算出器
42 バンドパスフィルタ
43 外乱パワー成分算出器
44 外乱パワー成分推定器
45 フィルタ
46 速度演算器
47 予測時間算出器
49 評価量算出器
50 外乱パワー平方根算出器
51 外乱成分絶対値算出器
52 バンドパスフィルタ
53 平方根算出器
54 加算器
55 減算器
56 絶対値算出器
57 加算器
59 予測時間算出器
60 速度算出器
Claims (23)
- モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱に、該外乱と同符号の値を乗じて非負値を得て、
上記得られた非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出することを特徴とする、衝突検知方法。 - 上記衝突評価量に対して高周波除去特性を示すフィルタ処理を行い、
上記フィルタ処理された衝突評価量を用いて上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、請求項1に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を抜き出し、
上記抜き出された特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分の外乱を、上記非負値の算出に使用することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、
上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱を、上記非負値の算出に使用することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度に、該変化量又は該変化速度と同符号の値を乗じて非負値を得て、
上記得られた非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出することを特徴とする、衝突検知方法。 - 上記衝突評価量に対して高周波除去特性を示すフィルタ処理を行い、
上記フィルタ処理された衝突評価量を用いて上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、請求項5に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を抜き出し、
上記抜き出された特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分の外乱変化量又は変化速度を、上記非負値の算出に使用する、請求項5又は請求項6に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、
上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱変化量又は変化速度を、上記非負値の算出に使用することを特徴とする、請求項5又は請求項6に記載の衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度の自乗値を算出し、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱の自乗値を算出し、
上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度の自乗値に係数を乗じたものと、上記算出又は推定された外乱の自乗値とを加算して外乱パワーを算出し、該外乱パワーに基づいて上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、衝突検知方法。 - 上記外乱パワーに対して高周波除去特性を示すフィルタ処理を行い、
フィルタ処理された上記外乱パワーを用いて上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、請求項9に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱と、上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度とから、それぞれ特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を抜き出し、
上記抜き出された特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分の外乱と、上記抜き出された特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分の外乱変化量又は変化速度とを、それぞれ上記自乗値の算出に使用することを特徴とする、請求項9又は請求項10に記載の衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱と、上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度とから、それぞれ特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、
上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱と、上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱変化量又は変化速度とを、それぞれ上記自乗値の算出に使用することを特徴とする、請求項9又は請求項10に記載の衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定し、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱と、上記算出又は推定された外乱の変化量又は変化速度とに基づいて、上記外乱が予め定められた閾値に到達するまでの時間又は予め定められた所定時間後の外乱を予測し、
上記予測した時間又は外乱を用いて、上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、衝突検知方法。 - 上記算出又は推定された外乱と、上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度とから、それぞれ特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、
上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱と、上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱変化量又は変化速度とを、それぞれ上記外乱が予め定められた閾値に到達するまでの時間又は予め定められた所定時間後の外乱の算出に使用することを特徴とする、請求項13に記載の衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を抜き出し、かつ同符号の値を乗じて第1の非負値を得て、
上記算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、かつ同符合の値を乗じて第2の非負値を得て、
上記第1及び第2の非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出することを特徴とする、衝突検知方法。 - 上記モータ又は被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定し、
上記算出又は推定された外乱変化量又は変化速度から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、
上記特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去した外乱変化量又は変化速度と、上記衝突評価量とに基づいて、上記外乱が予め定められた閾値に到達するまでの時間又は予め定められた所定時間後の外乱を予測し、
上記予測した時間又は上記予測した所定時間後の外乱を用いて、上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、請求項15に記載の衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する方法において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化加速度を0として外乱推定オブザーバ又は外乱変化速度推定オブザーバを構成し、
上記外乱推定オブザーバ又は外乱変化速度推定オブザーバによって外乱又は外乱変化速度を推定し、
上記推定された外乱又は外乱変化速度を用いて、上記被駆動体の衝突を検知することを特徴とする、衝突検知方法。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定する外乱算出・推定手段と、
上記外乱算出・推定手段によって算出又は推定された外乱に、該外乱と同符号の値を乗じて非負値を算出する乗算手段と、
上記乗算手段により算出された非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出する評価量算出手段と
を備えることを特徴とする、衝突検出装置。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定する外乱変化量算出・推定手段と、
上記外乱変化量算出・推定手段によって算出又は推定された外乱変化量又は変化速度に、該変化量又は該変化速度と同符号の値を乗じて非負値を算出する乗算手段と、
上記乗算手段により算出された非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出する評価量算出手段と
を備えることを特徴とする、衝突検知装置。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定する外乱変化量算出・推定手段と、
上記外乱変化量算出・推定手段によって算出又は推定された外乱変化量又は変化速度の自乗値を算出する第1の自乗演算手段と、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定する外乱算出・推定手段と、
上記外乱算出・推定手段によって算出又は推定された外乱の自乗値を算出する第2の自乗演算手段と、
上記第1の自乗演算手段の算出値に係数を乗じたものに、上記第2の自乗演算手段の算出値を加算して外乱パワーを算出する外乱パワー算出手段と、
上記外乱パワー算出手段によって算出された外乱パワーに基づいて、被駆動体の衝突の有無を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする、衝突検知装置。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定する外乱算出・推定手段と、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化量又は変化速度を算出又は推定する外乱変化量算出・推定手段と、
上記外乱算出・推定手段によって算出又は推定された外乱と、上記外乱変化量算出・推定手段によって算出又は推定された外乱の変化量又は変化速度とに基づいて、上記外乱が予め定められた閾値に到達するまでの時間を予測する予測手段と、
上記予測手段によって予測された時間を用いて、上記被駆動体の衝突の有無を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする、衝突検知装置。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱を算出又は推定する外乱算出・推定手段と、
上記外乱算出・推定手段によって算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を抜き出し、かつ同符号の値を乗じて第1の非負値を算出する、第1の非負値算出手段と、
上記外乱算出・推定手段によって算出又は推定された外乱から特定周波数成分又は特定周波数成分を含む高周波成分を除去し、かつ同符合の値を乗じて第2の非負値を算出する、第2の非負値算出手段と、
上記第1及び第2の非負値を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出する、衝突評価量算出手段と
を備えることを特徴とする、衝突検知装置。 - モータによって駆動される被駆動体の衝突を検知する衝突検知装置において、
上記モータ又は上記被駆動体に加わる外乱の変化加速度を0とする外乱推定オブザーバ又は外乱変化速度推定オブザーバを備え、
上記外乱推定オブザーバ又は外乱変化速度推定オブザーバによって推定された外乱又は外乱変化速度を用いて、上記被駆動体の衝突を検知するための衝突評価量を算出する、衝突評価量算出手段と
を備えることを特徴とする、衝突検知装置。
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