JP2007089023A

JP2007089023A - 信号処理装置

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Publication number: JP2007089023A
Application number: JP2005277880A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Shiotani; 敏昭塩谷
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】センサからの出力信号に含まれるノイズをノイズの大きさに変動して適切に除去することができる信号処理装置を提供する。
【解決手段】信号処理装置１は、物体の運動状態量を感知する検出手段からの入力信号ｕから特定周波数以上の信号を減じる濾波手段２と、入力信号ｕと濾波手段２から出力される濾波信号Ｓ１との差信号を得る減算手段３と、減算手段３から出力される減算信号Ｓ２から減算信号Ｓ２の値に応じて、不感帯の幅を規定する不感帯基準値Ｓ５を算出する不感帯基準値演算手段４と、減算信号Ｓ２と不感帯基準値Ｓ５を比較し、その大小に応じて減算信号Ｓ２を処理し不感帯処理信号Ｓ６を出力する不感帯処理手段５と、濾波信号Ｓ１と不感帯処理信号Ｓ６とを加算する加算手段６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号に対し所定周波数領域の不感帯を設定し、入力信号からこの不感帯内の信号を除去することにより、入力信号のノイズ成分の除去等を行う信号処理装置に関し、特に、産業用ロボットのフィードバック制御装置に適用して有効な技術に関する。

自動車製造工場等にて使用されている産業用ロボットには、位置センサや速度センサ等の各種のセンサが用いられており、例えば、車体塗装等に使用されるロボットアームにおいては、アームの位置や速度をセンシングするため、それらのセンサが用いられている。しかしながら、このような各種センサからのセンサ信号には、装置周辺の電磁ノイズや電源ノイズ等によりノイズが含まれてしまうことは避けがたく、ノイズを含んだセンサ信号をそのまま利用すると、ロボットの制御等に不都合が生じるおそれがある。

例えば、センサ信号と目標とする運動状態との偏差を求め、それを減少させるように制御を行うフィードバック制御を実施する装置では、センサ信号にノイズが含まれていると、制御に必要な信号を的確に得ることができず、目標とする運動状態の実現が困難となる場合がある。このため、センサ信号を利用するに際し、ノイズの影響によって必要とする信号をその内容通りに入手できない場合には、センサ信号から不要なノイズ成分を除去する必要が生じる。

一般に、センサ信号等からノイズを除去する手法としては、特定周波数の信号を減衰させるローパスフィルタやハイパスフィルタ等にセンサ信号を通す方式が知られている。しかしながら、ローパスフィルタを通す手法では、図８に示すように、必要な信号の周波数がノイズの周波数に近い場合には、ノイズと共に必要な信号まで減衰されてしまうという問題がある。さらに、ローパスフィルタ処理の場合、入力信号とノイズ除去処理後の信号との間に位相遅れが生じ、必要な信号が遅延するという問題もある。

このため、例えば、フィードバック制御におけるフィードバック信号として、前記手法によってノイズを除去したセンサ信号を用いると、信号の減衰や遅延によって、ロボット等を的確かつ迅速に駆動制御できなくなるおそれがある。すなわち、制御上必要な信号が減衰すると、ロボット等の状態を正確に認識できず、所望の動作を行わせることができなくなる。また、処理後の信号に位相遅れが生じると、運動状態の制御に遅れが生じてしまい、ロボット等を速やかに反応させることが難しくなる。

そこで、ノイズのみを有効に除去する手法として、例えば、特開平10-16811号公報には、予め所定の周波数領域を有する不感帯を設定しておき、この不感帯内の信号をカットオフして一定のノイズを除去する方法が提案されている。そこではまず、ノイズを含むセンサ信号から低周波信号を抽出する。次に、センサ信号から先に抽出した低周波信号成分を減算して高周波信号を取り出し、この高周波信号から不感帯内の信号をカットオフする。これにより、不感帯内の一定のノイズが除去される。そして、ノイズ除去後の信号に、当初抽出しておいた低周波信号を加算する。この手法によれば、減算後の高周波信号をフィルタに通さないため、制御上必要な信号の周波数がノイズ周波数に近い場合でも、ノイズ除去処理後の信号に振幅の減少や遅れがほとんど生じず、ノイズ成分が有効に除去される。
特開平10-16811号公報

このように、特許文献１のような従来の手法によれば、図９(a)に示すように、予め設定された所定の不感帯が実際のノイズの大きさと同程度であれば、図９(b)のようにフィードバック制御に必要な信号のカットオフを必要最小限に抑えつつノイズを有効に除去することができる。しかしながら、実際にセンサ信号に含まれるノイズの大きさはセンサ周辺の環境や電源ノイズの作用により一般に変動するものである。従って、図１０(a)に示すように、予め設定された所定幅の不感帯に比べ、実際に生じているノイズの大きさが過大である場合には、図１０(b)のようにノイズを十分に除去しきれない。

また、図１１(a)に示すように、予め設定された所定幅の不感帯に比べ、実際に生じているノイズの大きさが過小である場合には、図１１(b)のように確かにノイズは完全に除去できるがフィードバック制御に必要な信号まで必要以上にカットオフされてしまう。すなわち、特許文献１のようなノイズ除去処理では、常にセンサ信号の高周波信号から所定幅の不感帯がカットオフされるため、ノイズの大きさが変動した場合には、フィードバック制御に必要な信号の振幅減少を極力抑えつつ、ノイズを大幅に除去することができないという問題がある。

一方、産業用ロボットにおいては、ロボットアーム等に対象物が衝突する際の衝撃を緩和し、ロボットアームを保護するためフィードバック制御が行われる場合がある。一般に、産業用ロボットは位置剛性が高いため、ロボットアームが対象物に衝突した場合、衝撃を関節で緩和できず、対象物またはロボットアーム等を破損させてしまうおそれがある。このような不都合を解消するため、産業用ロボットにおけるロボットアームの駆動部である関節部の柔軟性を向上させることが求められ、その方法の一つとして、コンプライアンス制御と呼ばれる制御方法が存在する。

このコンプライアンス制御は、ロボットアームの関節部にバネ等を連結した場合と同様の動作をアクチュエータによって実現するものであり、外力の大きさに応じて、外力の作用する方向に対し逃げる動作をロボットアームに積極的に行わせる。コンプライアンス制御では一般に、フィードバック信号として、ロボットアームに取り付けた力センサからのセンサ信号が使用され、この場合も、センサ信号に含まれるノイズを十分に除去する必要があると共に、ロボットを素早く駆動させるため、センサ信号を遅れなくフィードバックする必要がある。すなわち、ロボットを的確かつ迅速に駆動制御するためには、制御上必要な信号の振幅減少や位相遅れをほとんど生じさせることなく、センサ信号からノイズを有効に除去することが求められる。ところが、ロボットの衝突挙動を示すセンサ信号は、高周波領域を含みノイズの周波数帯に近いため、特許文献１のようなノイズ除去処理を行うと、位相遅れの防止の観点からは有効ではあるが、必要な信号まで減衰されてしまい易い。

また、産業用ロボットでは、小さい力の衝突時でもロボットアームを適切に制御する必要があり、そのためには、力センサを高感度のものとする必要がある。ところが、センサが高感度化すると、それに伴いノイズ自体の値やその変動幅も大きくなる。制御上、このような変動するノイズに対応して有効にノイズを除去することは非常に重要であるが、特許文献１のような処理では、変動するノイズへの対応は困難である。特に、ロボットアームのコンプライアンス制御では、力センサのセンサ信号からノイズを除去するに際し、変動するノイズに対応して、センサ信号からノイズを適切に除去することは極めて重要な要素であり、位相遅れを生じさせないことを前提として、かかる変動ノイズを有効に除去する手法が求められていた。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その主な目的は、例えば、センサ信号に含まれるノイズが、センサ周辺の環境の変化や電源ノイズの影響によって変動する場合でも、センサ信号として必要な信号の振幅の減少や位相遅れをほとんど生じさせることなく、変動するノイズの大きさに対応してセンサ信号からノイズを有効に除去可能な信号処理装置を提供することにある。

本発明の信号処理装置は、入力信号に対し所定幅の不感帯を設定し、前記入力手段から前記不感帯内の信号を除去する信号処理装置であって、前記入力信号から特定周波数以上の信号を減じる濾波手段と、前記入力信号と前記濾波手段の出力との差信号を得る減算手段と、前記減算手段の出力に基づいて、前記不感帯の幅を規定する不感帯基準値を算出する不感帯基準値演算手段と、前記不感帯基準値演算手段にて算出した前記不感帯基準値と前記減算手段の出力とを比較し、その大小に応じて所定の信号を出力する不感帯処理手段と、前記不感帯処理手段の出力と前記濾波手段の出力の和信号を得る加算手段からなることを特徴とする。

また、前記信号処理装置において、前記不感帯基準値演算手段を、前記減算手段の出力を正の値とする絶対値化手段と、前記絶対値化手段の出力を平滑化して前記不感帯基準値を得る平滑化手段とを備える構成としても良い。さらに、前記信号処理装置において、前記不感帯基準値演算手段を、前記減算手段の出力を正の値とする絶対値化手段と、前記絶対値化手段の出力を平滑化する平滑化手段と、前記平滑化手段の出力に所定係数を乗じて前記不感帯基準値を得る比例手段とを備える構成としても良い。

一方、前記信号処理装置において、前記不感帯処理手段は、前記不感帯基準値から不感帯を設定し、前記減算手段の出力が前記不感帯を超える場合は、前記減算手段の出力から前記不感帯分の信号を減じた値を出力し、前記減算手段の出力が前記不感帯を超えない場合は、ゼロ値を出力するようにしても良い。

本発明の信号処理装置によれば、入力信号に対し所定周波数領域の不感帯を設定し、入力信号から不感帯内の信号を除去する信号処理装置にて、ノイズを含む減算手段の出力から不感帯基準値を求めるようにしたので、入力信号にノイズが含まれている場合、周辺環境や電源ノイズにより変動する入力信号内のノイズの大きさに対応して、不感帯の大きさを変化させることができる。このため、実際のノイズよりも不感帯幅が小さ過ぎノイズを十分に除去しきれない不都合や、実際のノイズよりも不感帯幅が大き過ぎて必要な信号まで不用意に除去してしまう不都合を防止できる。従って、例えば、入力信号が各種センサの出力信号の場合、センサ周辺の環境や電源ノイズ等により変動するノイズの大きさに合わせてセンサ信号からノイズを適切に除去することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の信号処理装置のブロック線図である。図１に示すように、本発明の信号処理装置１は、濾波手段２と、減算手段３、不感帯基準値演算手段４、不感帯処理手段５及び加算手段６から構成されており、例えば、ロボットアーム等の産業用ロボットの駆動制御装置に適用される。

ロボットアーム等に設けられた物体の挙動を感知するセンサは、低周波領域から高周波領域まで、幅広い周波数領域の信号を出力する。これらの信号に重畳してしまう電磁ノイズ等は、一般的に高周波領域のものが多く、周辺環境等によって大きさが変動する。本発明の信号処理装置１は、このようなセンサからの入力信号ｕから高周波ノイズを適切に除去し、ノイズ除去後の出力信号ｙを出力する。以下、このようなノイズ除去過程を、図１を用いて説明する。

図１において、濾波手段２は、入力された電気信号のうちの高い周波数領域を減じるものである。濾波手段２により、入力信号ｕからセンサ信号の高周波領域とノイズが除去され、センサ信号の低周波領域の濾波信号Ｓ１が抽出される。減算手段３は、入力される二つの電気信号のうち、一の電気信号から他の電気信号を差し引き、その値を出力する。減算手段３では、入力信号ｕから低周波領域の濾波信号Ｓ１を減じ、高周波領域とノイズからなる高周波信号である減算信号Ｓ２を出力する。

不感帯基準値演算手段４は、入力された電気信号から所定の不感帯基準値を演算し出力する。減算手段３から出力された高周波領域の減算信号Ｓ２は、不感帯基準値演算手段４にて処理され、ノイズの大きさに対応して不感帯基準値Ｓ５が算出される。不感帯処理手段５は、主として入力された電気信号から不感帯をカットオフして出力する。不感帯処理手段５では、不感帯基準値Ｓ５を用いて減算信号Ｓ２からノイズを除去し、不感帯処理信号Ｓ６を出力する。加算手段６は、複数の電気信号を加えて出力するものであり、不感帯処理信号Ｓ６と濾波信号Ｓ１を加算し、ノイズが除去された出力信号ｙを出力する。

図１に示すように、不感帯基準値演算手段４はさらに、絶対値化手段４１、平滑化手段４２及び比例手段４３とから構成されている。ここで、絶対値化手段４１は、入力された電気信号が正または零ならばそれ自身を、電気信号が負ならばそれに−１を乗じた値を出力する。平滑化手段４２は、入力された電気信号をたいらでなめらかにし出力する。比例手段４３は、入力された電気信号に一定の値を乗じて出力する。これらの手段により、ノイズの変動に対応した不感帯基準値Ｓ５が得られる。

不感帯基準値演算手段４では、次のようにして不感帯基準値Ｓ５を算出する。まず、減算手段３から出力された減算信号Ｓ２は、絶対値化手段４１により全て正の値である絶対値信号Ｓ３に変換される。次に、絶対値信号Ｓ３は、平滑化手段４２により平滑化処理され平滑信号Ｓ４とされる。平滑化処理としては、例えば、以下の方法が実施される。図２は、平滑化手段４２による信号平滑化処理の一例を示す説明図である。なお、以下に示す括弧内の数字は計算方法の一例である。

図２に示すように、ここまず、平滑信号Ｓ４の初期値（Ｓ４_１）を任意の数（例えば０；α＝Ｓ４_１＝０）とする。この際、αがノイズの平均値に近いほど、平滑化処理後の信号値はノイズの平均値に早く収束する。αを得た後、Ｓ４_１に所定の係数（ａ＝０.８）を乗じたものに、絶対値信号Ｓ３の初期値（Ｓ３_１＝０）に所定の係数（１−ａ＝０.２）を乗じたものを加える。これにより、最初の平滑信号Ｓ４（Ｓ４_２＝０）が得られる。

平滑化手段４２では、この処理を絶対値信号Ｓ３の各サンプリング周期毎（Ｓ３ｎ）に順次行い（Ｓ３_２＝０.５、Ｓ３_３＝０.８７、Ｓ３_４＝１.０、・・・）、平滑信号Ｓ４（Ｓ４ｎ）を得る（Ｓ４_３＝０．１、Ｓ４_４＝０．２５、Ｓ４_５＝０．４０、Ｓ４_６＝０．５０、・・・）。この場合、絶対値信号Ｓ３は、高周波領域とノイズを含んだ減算信号Ｓ２の絶対値であり、ノイズの大きさによって絶対値信号Ｓ３も変動する。従って、このように絶対値信号Ｓ３を平滑化処理することにより、時々刻々変動するノイズの変化を反映しつつ平滑信号Ｓ４（Ｓ４ｎ）を得ることができる。なお、ｎは自然数であり、ａは０〜１の値である（式１参照）。なお、ａが小さいほどＳ３の変化の影響を受けにくく、また、ａが大きいほどＳ３の変化の影響を受け易くなる。

前記算出方法では、ノイズのピーク値(Ｓ３_４等)以外もサンプリングされて平滑化されるため、平滑信号Ｓ４はノイズのピーク値よりも小さくなる。従って、当該信号処理装置１では、比例手段４３にて平滑信号Ｓ４に所定の値を乗じ、不感帯の幅を、ノイズを適切にカットできる適切な値とする。例えば、減算信号Ｓ２が正弦波信号である場合、それを平滑化すると、平滑後の振幅値は元の振幅値の７０％程度に減じる。このため、比例手段４３は、その際には平滑信号を１.５倍して不感帯基準値Ｓ５とする。このように、比例手段４３では、平滑信号Ｓ４が実際の入力信号に即した形に補正され、ノイズを有効に除去可能な不感帯基準値Ｓ５が算出される。

このように、不感帯基準値演算手段４にて、高周波信号（減算信号Ｓ２）を処理して不感帯基準値Ｓ５を求めることにより、ノイズが大きい場合には不感帯基準値Ｓ５も大きくなり、ノイズが小さい場合には不感帯基準値Ｓ５も小さくなる。すなわち、ノイズの大きさに応じて不感帯基準値Ｓ５も変化する。このため、センサ周辺の環境や電源ノイズの影響によってノイズの大きさが変動しても、その変化に追従して不感帯基準値Ｓ５を適宜設定することが可能となる。そして、このようにして求めた不感帯基準値Ｓ５を用いて、不感帯処理手段５にて減算信号Ｓ２からノイズ成分を除去する。

図３は不感帯処理手段５による不感帯処理前の減算信号Ｓ２を示す説明図、図４は不感帯処理後の不感帯処理信号Ｓ６を示す説明図である。不感帯処理手段５では、減算信号Ｓ２が不感帯基準値Ｓ５を用いて処理され、不感帯処理信号Ｓ６が出力される。不感帯処理手段５では、不感帯基準値Ｓ５を不感帯Ｂの上限Ｂｔ、−Ｓ５を不感帯Ｂの下限Ｂｂと設定し、減算信号Ｓ２が不感帯Ｂを超えている場合には、減算信号Ｓ２から不感帯Ｂを減じた値を出力する。これに対し、減算信号Ｓ２が不感帯Ｂを超えない場合には、不感帯処理手段５は、不感帯処理信号Ｓ６としてゼロ値（０）を出力する。

すなわち、領域(1)のように、減算信号Ｓ２が不感帯Ｂの上限Ｂｔより大きい場合には、不感帯処理信号Ｓ６は高周波信号Ｓ２から不感帯基準値Ｓ５を減じた値を出力とする（式２参照）。また、領域(2)のように、減算信号Ｓ２が不感帯Ｂの下限Ｂｂより小さい場合、不感帯処理信号Ｓ６は減算信号Ｓ２から−Ｓ５を減じた値を出力する（式３参照）。一方、領域(3)のように、減算信号Ｓ２が下限Ｂｂ以上であり、かつ、上限Ｂｔ以下の場合には、カットオフ処理を行わず不感帯処理信号Ｓ６としてゼロ値を出力する（式４参照）。このように、不感帯処理手段５では、ノイズの変動に対応して変動する不感帯基準値Ｓ５を用いて減算信号Ｓ２を処理する。このため、ノイズの変動に応じて、ノイズ除去が適切になされ、ノイズが変動する場合でも制御等に必要な信号を的確に取り出すことが可能となる。

不感帯処理手段５にて、減算信号Ｓ２からノイズを除去した後、最後に加算手段６により不感帯処理信号Ｓ６に濾波信号Ｓ１が加えられ出力信号ｙが出力される。ここで、不感帯処理信号Ｓ６は、ノイズが除去されたセンサ信号の高周波領域の信号であり、濾波信号Ｓ１はセンサ信号の低周波領域の信号である。従って、この加算手段６での処理により、ノイズが除去された全周波数領域の出力信号ｙを得ることができる。この際、不感帯がノイズの大きさに対し適切に計算されているため、減算信号Ｓ２に不感帯Ｂを超えるノイズが含まれている場合には、ノイズを相当の程度まで除去することができる。また、不感帯Ｂを超えない場合にはノイズを完全に除去することができる。なお、ローパスフィルタを通していないため必要な信号が遅れて出力されることもない。

図５は、図１の信号処理装置とローパスフィルタによる処理のノイズ除去効果を比較して示した説明図であり、(a)は未処理の入力信号、(b)は(a)の入力信号を図１の信号処理装置によってノイズ除去処理した後の信号、(c)は(a)の入力信号をローパスフィルタにてノイズ除去処理した後の信号をそれぞれ示している。図５(b)及び図８に示すように、ローパスフィルタにより入力信号を処理した場合には、振幅が減少するとともに位相の遅れが生じる。これに対し、信号処理装置１にて入力信号を処理した場合には、振幅の減少や位相の遅れがほとんど生じることなく、ノイズを適切に除去することができる。すなわち、本発明による信号処理装置１では、図５から明らかなように、位相遅れを生じさせることなく、ノイズの変動に応じて入力信号ｕから適切にノイズを除去することができる。

次に、実施の形態２として、コンプライアンス動作を行うロボットに本発明の信号処理装置を適用した場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態２であるロボット駆動制御システムにて使用されるロボットの斜視図、図７は、本発明の実施の形態２であるロボット駆動制御システムのブロック図である。図６に示すように、ロボット２１は、ロボットアーム１０と、アーム駆動モータ１１、力センサ１２及び位置センサ１３等を備えた構成となっている。また、ロボット駆動システム２２は、図７に示すように、大別するとロボット２１と駆動制御装置２３とからなり、駆動制御装置２３には、信号処理装置１と、ゲイン１４、サーボ制御部１５及び駆動回路１６が設けられている。

ロボット２１には、地面等に載置されるベースプレート２４と、ベースプレート２４上に揺動自在に支持されたアームベース２５が設けられている。アームベース２５は、ベースプレート２４側の端部に取り付けられたベースモータ２６によって駆動される。アームベース２５の上端部には、ベースブロック２７固定されている。ベースブロック２７にはロボットアーム１０の一端側が固定されている。ロボットアーム１０は、アームベース２５に取り付けられたアーム駆動モータ１１によって上下方向に駆動される。アーム駆動モータ１１は、ロボットアーム１０にコンプライアンス動作を行わせ、ロボットアーム１０を目標位置xrに移動させる。

ロボットアーム１０の先端部には力センサ１２が取り付けられている。力センサ１２は、ロボットアーム１０に作用する外乱力Ｆを測定し出力する。外乱力Ｆは、ロボットアーム１０と対象物との間の干渉によって発生し、力センサ１２はその大きさに応じた信号を出力し駆動制御装置２３に送出する。ベースブロック２７にはさらに、位置センサ１３が取り付けられている。位置センサ１３は、ロボットアーム１０の位置（移動角度）を測定し、駆動制御装置２３に出力する。

駆動制御装置２３のゲイン１４は、信号処理装置１の後段に配されており、信号処理装置１を経てノイズが除去された力センサ１２からの信号が入力される。ゲイン１４では、ノイズ除去後の力センサ信号ｙに所定係数を乗じ、外乱力Ｆの影響を緩和する変位を設定する。サーボ制御部１５は、位置センサ１３の出力と、ゲイン１４からの出力及び目標位置xrへの移動距離を示す信号との偏差を零とするよう駆動回路１６に指令を与える。駆動回路１６は、サーボ制御部１５の指令に基づいてアーム駆動モータ１１を駆動させ、コンプライアンス動作を行わせつつロボットアーム１０を目標位置xrに移動させる。

駆動制御装置２３は、次のような処理により、ロボット２１にコンプライアンス動作を行わせる。まず、ロボットアーム１０に作用する外乱力Ｆは、力センサ１２で感知され、力センサ１２からの入力信号ｕは、本発明による信号処理装置１に入力される。信号処理装置１では、ロボット２１の衝突挙動による高周波領域を含む入力信号ｕから、位相遅れなくノイズを適切に除去し、信号ｙを出力する。ノイズ除去処理後の出力信号ｙには、ゲイン１４にて、設定した仮想ばねのコンプライアンスを示すゲイン(＝１/Ｋ)が乗じられ、衝撃を緩和する変位が算出される。なお、このゲインの調整により、見かけ上、ロボットアームの関節を柔らかくしたり硬くしたりすることができる。

その後、当初の位置指令ｘｒに、衝撃を緩和するための変位（ゲイン１４からの出力値）を加算する。次に、その位置をコンプライアンス動作のための目標位置とし、この目標位置と実際のロボットアームの位置との偏差を位置センサ１３からのフィードバック信号から求める。サーボ制御部１５では、この偏差を零とするように演算を行い、駆動回路１６に対し、外乱力Ｆに対し適当な動作を行うよう指令する。その指令値に基づき、駆動回路１６は、アーム駆動モータ１１を駆動させる。このような動作を行わせることにより、ロボットアーム１０は適切な柔軟性を有する動作を行い、対象物またはロボットアーム１０等の破損を防止できる。

このように、駆動制御装置２３では、信号処理装置１を力センサ１２からのセンサ信号の処理に用いているため、位相遅れなく、しかも、制御に必要な信号を損なうことなく、ノイズの状態に合わせて適切にノイズを除去することができる。従って、ロボットアーム１０のコンプライアンス動作が瞬時かつ的確になされ、対象物やロボットアーム１０等を破損することなく、ロボット２１の機能を存分に発揮させることが可能となる。なお、ロボット２１では、コンプライアンス動作により、外乱力Ｆが作用しているときは、当初の位置指令ｘｒからずれた位置にロボットアーム１０が移動するが、外乱力Ｆが作用しなくなれば当初の位置指令ｘｒまで駆動する。

以上のように、本発明の信号処理装置においては、センサからの出力をそのままローパスフィルタにかけるのではなく、高周波成分と低周波成分を分離し、高周波成分のみを不感帯処理する。このため、感知したい信号が高周波成分に存在する場合でも、位相遅れを生じさせることなく、ノイズを適切に除去することができる。また、変動するノイズの大きさに合わせて不感帯を変動させることができるので、感知したい必要な信号を不用意に減少させることなく、ノイズを適切に除去することが可能となる。さらに、この信号処理装置をコンプライアンス制御されるロボットに適用し、力センサからの出力信号を当該信号処理装置にて処理することにより、ロボットのコンプライアンス動作を遅れなく瞬時かつ的確に行わせることが可能となる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、本発明の信号処理装置は、ロボットの力センサの出力信号のノイズ除去のみならず、映像信号に含まれるノイズ除去にも適用することが可能である。これにより、鮮明な画像を遅れなく送信し、出力装置に写し出すことが可能となる。また、前述の実施例においては、不感帯基準値演算手段４として、絶対値化手段４１と平滑化手段４２、比例手段４３を用いたが、ノイズの大きさに変動して不感帯を変動できるものであればその他の形態によるものでも良い。さらに、不感帯基準値Ｓ５を得るため、前述の実施例においては、式１に基づく平滑化処理を用いたが、不感帯基準値Ｓ５の算出方法はこれ限定されるものではなく、減算信号Ｓ２の標準偏差から求めることも可能である。

本発明の実施の形態１である信号処理装置のブロック線図である。図１の信号処理装置における平滑化処理の一例を示す説明図である。図１の信号処理装置における不感帯処理前の減算信号の一例を示す説明図である。図１の信号処理装置における不感帯処理後の不感帯処理信号の一例を示す説明図である。図１の信号処理装置とローパスフィルタによる処理のノイズ除去効果を比較して示した説明図であり、(a)は未処理の入力信号、(b)は(a)の入力信号を図１の信号処理装置によってノイズ除去処理した後の信号、(c)は(a)の入力信号をローパスフィルタにてノイズ除去処理した後の信号をそれぞれ示している。本発明の実施の形態２であるロボット駆動制御システムにて使用されるロボットの斜視図である。本発明の実施の形態２であるロボット駆動制御システムのブロック図である。ローパスフィルタによるノイズ除去処理を実施した場合におけるノイズ除去前後の信号変化を示す説明図である。不感帯が適正な場合における従来の不感帯処理を示す説明図であり、(a)は不感帯処理前の信号状態、(b)は不感帯処理後の信号状態をそれぞれ示している。不感帯がノイズより小さい場合における従来の不感帯処理を示す説明図であり、(a)は不感帯処理前の信号状態、(b)は不感帯処理後の信号状態をそれぞれ示している。不感帯がノイズより大きい場合における従来の不感帯処理を示す説明図であり、(a)は不感帯処理前の信号状態、(b)は不感帯処理後の信号状態をそれぞれ示している。

符号の説明

１信号処理装置
２濾波手段
３減算手段
４不感帯基準値演算手段
４１絶対値化手段
４２平滑化手段
４３比例手段
５不感帯処理手段
６加算手段
１０ロボットアーム
１１アーム駆動モータ
１２力センサ
１３位置センサ
１４ゲイン（仮想ばねのコンプライアンス）
１５サーボ制御部
１６駆動回路
２１ロボット
２２ロボット駆動システム
２３駆動制御装置
２４ベースプレート
２５アームベース
２６ベースモータ
２７ベースブロック
ｕ入力信号(センサ信号)
ｙノイズ除去後の出力信号
Ｓ１濾波信号
Ｓ２減算信号
Ｓ３絶対値信号
Ｓ４平滑信号
Ｓ５不感帯基準値
Ｓ６不感帯処理信号
Ｂ不感帯
Ｂｔ (不感帯Ｂの)上限
Ｂｂ (不感帯Ｂの)下限
ｘｒロボットアーム目標位置
Ｆ対象物との干渉による外乱力

Claims

入力信号に対し所定幅の不感帯を設定し、前記入力手段から前記不感帯内の信号を除去する信号処理装置であって、
前記入力信号から特定周波数以上の信号を減じる濾波手段と、
前記入力信号と前記濾波手段の出力との差信号を得る減算手段と、
前記減算手段の出力に基づいて、前記不感帯の幅を規定する不感帯基準値を算出する不感帯基準値演算手段と、
前記不感帯基準値演算手段にて算出した前記不感帯基準値と前記減算手段の出力とを比較し、その大小に応じて所定の信号を出力する不感帯処理手段と、
前記不感帯処理手段の出力と前記濾波手段の出力の和信号を得る加算手段からなることを特徴とする信号処理装置
請求項１記載の信号処理装置において、前記不感帯基準値演算手段は、前記減算手段の出力を正の値とする絶対値化手段と、前記絶対値化手段の出力を平滑化して前記不感帯基準値を得る平滑化手段とを有することを特徴とする信号処理装置
請求項１記載の信号処理装置において、前記不感帯基準値演算手段は、前記減算手段の出力を正の値とする絶対値化手段と、前記絶対値化手段の出力を平滑化する平滑化手段と、前記平滑化手段の出力に所定係数を乗じて前記不感帯基準値を得る比例手段とを有することを特徴とする信号処理装置
請求項１〜３の何れか１項に記載の信号処理装置において、前記不感帯処理手段は、前記不感帯基準値から不感帯を設定し、前記減算手段の出力が前記不感帯を超える場合は、前記減算手段の出力から前記不感帯分の信号を減じた値を出力し、前記減算手段の出力が前記不感帯を超えない場合は、ゼロ値を出力することを特徴とする信号処理装置