JP2502312B2 - Command value calculation method in robot and object position control device - Google Patents

Command value calculation method in robot and object position control device

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JP2502312B2
JP2502312B2 JP14732487A JP14732487A JP2502312B2 JP 2502312 B2 JP2502312 B2 JP 2502312B2 JP 14732487 A JP14732487 A JP 14732487A JP 14732487 A JP14732487 A JP 14732487A JP 2502312 B2 JP2502312 B2 JP 2502312B2
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command value
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motor
differential
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多加夫 和田
義和 西
知之 宇野
貞夫 久保
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ロボットにおける指令値を演算するための
方法および物体の位置制御装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for calculating a command value in a robot and an object position control device.

背景技術 ロボツトを高速で動作させると、サーボ系の追従誤差
が大きくなり、軌跡精度が悪化する。これはロボツトの
各関節にリンク相互の干渉力をはじめ、遠心力、コリオ
リ力、重力、摩擦力等が作用するためである。これらの
力を数式モデルより算出し、フイードフオワード補償す
る制御方式は、一般に動的制御と呼ばれる。この制御方
式は、数式モデルが系を完全に表現しているならば、系
の動特性改善に著しい効果をもたらし得る。
BACKGROUND ART When a robot is operated at high speed, the tracking error of the servo system becomes large and the locus accuracy deteriorates. This is because each joint of the robot is subjected to centrifugal force, Coriolis force, gravitational force, frictional force, etc., in addition to the mutual interference force of the links. A control method in which these forces are calculated by a mathematical model and feedforward compensation is generally called dynamic control. This control scheme can have a significant effect on improving the dynamic characteristics of the system if the mathematical model completely represents the system.

このようなフイードフオワード補償をする制御方式の
先行技術を第10図を参照しながら、説明する。メモリに
は、ロボツトの作業端の位置指令値がストアされてお
り、マイクロコンピユータなどの処理回路を用いて予め
定めたサンプリング時間間隔(すなわちサンプリング周
期)ΔTごとにそのメモリにストアされている位置指令
値θaを読出す。この読出した指令値θaの一部分
は、第10図(1)に示されるとおりである。この値θa
の差分である1階微分値aを、第10図(2)で示すよ
うに得る。この1階微分値aに基づき、2階微分値
aを第10図(3)のように求める。さらにまた同様にし
て、3階微分値 を第10図(4)のように求める。以下同様にしてh階微
分値まで求められるが、ここでは3階微分までで説明す
る。読出した指令値θaおよび1階〜3階微分値a〜 の位相中心の時刻は、参照符t0〜t3で示されている。2
階微分値aの時刻t2における値は零である。
The prior art of the control method for such feedforward compensation will be described with reference to FIG. The position command value of the working end of the robot is stored in the memory, and the position command value stored in the memory is stored at every sampling time interval (that is, sampling period) ΔT that is predetermined by using a processing circuit such as a microcomputer. Read the value θa * . A part of the read command value θa is as shown in FIG. 10 (1). This value θa
The first-order differential value a, which is the difference between the two, is obtained as shown in FIG. Based on the first-order differential value a, the second-order differential value a is obtained as shown in FIG. 10 (3). In the same way, the third derivative Is calculated as shown in Fig. 10 (4). In the same manner, up to the h-th derivative can be obtained, but here, up to the third-derivative will be described. The read command value θa and the first to third differential values a to The time of the phase center of is indicated by reference marks t0 to t3. Two
The value of the differential value a at time t2 is zero.

発明が解決すべき問題点 そのような先行技術では、1回差分を演算するたびご
とに、位相中心が ずつ遅れていく。したがつて読出した指令値θaと、そ
れに基づく各階の微分値a〜 の同一の時刻、たとえばt3における値を用いて演算する
と誤差を生じ、良好な応答(すなわち即応性ではなく、
オーバーシフト、残留振動などで評価される動特性)を
達成することができない。
Problems to be Solved by the Invention In such a prior art, the phase center is changed every time the difference is calculated once. Each one is delayed. Therefore, the read command value θa and the differential value a to each floor based on it When using the value at the same time of, for example, t3, an error occurs and a good response (that is, not responsiveness,
It is not possible to achieve the dynamic characteristics evaluated by overshift, residual vibration, etc.

本発明の目的は、メモリにストアされている指令値を
読出して演算するにあたり、位相中心のずれによる誤差
をなくして、オーバーシフト、残留振動などで評価され
る動特性を良好にしたロボットにおける指令値演算方法
および物体の位置制御装置を提供することである。
It is an object of the present invention to read a command value stored in a memory and calculate the command value in a robot by eliminating an error due to a shift of a phase center and improving a dynamic characteristic evaluated by an overshift, a residual vibration and the like. A value calculation method and an object position control device are provided.

問題点を解決するための手段 本発明は、メモリにストアされている位置指令値θa
を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaのh階(hは、1以上の整数)ま
での微分値a,a,…を演算して求め、 読出した値θaを、時間 だけ遅らせ、e階(eは、1以上、(h−1)以下の整
数)の微分値を、時間 だけそれぞれ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前
記h−1階までの微分値a,a,…と、h階の微分値と
を、指令値演算のために使うことを特徴とするロボット
における指令値演算方法である。
Means for Solving Problems The present invention is directed to a position command value θa stored in a memory.
Is read at a predetermined sampling time interval ΔT, the differential value a, a, ... Up to the h-th level (h is an integer of 1 or more) of the read value θa is calculated to obtain the read value θa, time Delay, and the differential value of the e floor (e is an integer of 1 or more and (h-1) or less) , And the delayed read value θa, the delayed differential values a, a, ... up to the h-1th floor, and the differential value of the hth floor are used for command value calculation. It is a command value calculation method in a featured robot.

また本発明は、メモリにストアされている位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaのh階(hは、1以上の整数)ま
での微分値a,a,…を演算して求め、 読出した値θaと、(h−1)階までの微分値a,
a,…をサンプリング時間間隔ΔT中で補間演算し、 これらの読出したθaを、時間 だけ遅らせ、 e階(eは、1以上、かつ(h−2)以下の整数)の
微分値を、時間 だけ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前
記(h−2)階までの微分値と、(h−1)階の微分値
と、h階の微分値とを、指令値演算のために用いること
を特徴とするロボットにおける指令値演算方法である。
The present invention also relates to the position command value stored in the memory. Is read at a predetermined sampling time interval ΔT, the differential value a, a, ... Up to the h-th level (h is an integer of 1 or more) of the read value θa is calculated, and the read value θa and Differential value a to the (h-1) th floor,
a, ... are interpolated in the sampling time interval ΔT, and these read θa are Delay only by e, the differential value of the e floor (e is an integer of 1 or more and (h-2) or less) The delayed read value θa, the delayed differential value up to the (h-2) th floor, the delayed differential value of the (h-1) th floor, and the differential value of the hth floor are used as command values. A method for calculating a command value in a robot characterized by being used for calculation.

また本発明は、n自由度の多関節ロボツトのアーム7
を、電動機1によつて減速機5を介して駆動し、 メモリにストアされている位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaの1階および2階の微分値a,
aを演算して求め、 読出した値θaを、時間ΔTだけ遅らせ、 1階の微分値aを、時間ΔT/2だけ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前
記1階の微分値aと、遅らせていない2階の微分値
aとを用いて、電動機出力トルク指令値(Nm)rを算出
し、 であり、 ここで、Jmは電動機慣性モーメント、RGは減速機5の
減速比、Dmは電動機側粘性摩擦係数であり、f(θ)
は、 であり、ここでJjは慣性行列の成分、aはアーム回転
角加速度、bjkは遠心力・コリオリ力の項の係数、a
はアーム回転角速度、Daはアーム側粘性摩擦係数、fgは
重力項であり、 mは電動機回転角速度であり、mは電動機回転角
加速度であることを特徴とするロボツトにおける指令値
演算方法である。
The present invention also provides an arm 7 of an articulated robot having n degrees of freedom.
Is driven by the electric motor 1 via the speed reducer 5, and the position command value stored in the memory is At a predetermined sampling time interval ΔT, and the first and second differential values a, of the read value θa,
a is calculated, and the read value θa is delayed by the time ΔT, the first-order differential value a is delayed by the time ΔT / 2, and these delayed read value θa and the delayed first value Calculate the motor output torque command value (Nm) r using the differential value a and the differential value a of the second floor that has not been delayed, Where Jm is the moment of inertia of the motor, RG is the reduction ratio of the speed reducer 5, Dm is the coefficient of viscous friction on the motor side, and f (θ)
Is Where Jj is the component of the inertia matrix, a is the arm rotation angular acceleration, bjk is the coefficient of the centrifugal force / Coriolis force term, and a
Is an arm rotation angular velocity, Da is an arm-side viscous friction coefficient, fg is a gravitational term, m is a motor rotation angular velocity, and m is a motor rotation angular acceleration, a command value calculation method in a robot.

また本発明は、(a)電動機1の軸に、回転速度検出
器4および回転角度検出器3が結合されるとともに減速
歯車5が結合され、該減速歯車5の出力軸がトルク伝達
機構6を介してアーム7を駆動するような構造を有する
産業用ロボットと、 (b)アーム7の加速度指令値(a)r、速度指令値
(a)rおよび位置指令値(θa)rを発生する指令
値発生手段23,25であって、 (b1)アーム7の位置指令値 をストアするメモリ23と、 (b2)メモリ23にストアされているストア位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出す読出
し手段と、 (b3)読出し手段からの読出した値θaの1階および2
階の微分値a,aを演算して求める演算手段と、 (b4)読出し手段と演算手段との各出力に応答し、読出
した値θaを、時間ΔTだけ遅らせて位置指令値(θ
a)rとし、1階の微分値aを、時間ΔT/2だけ遅ら
せて速度指令値(a)rとし、遅らせていない2階の
微分値aを加速度指令値(a)rとして導出する手
段とを有する指令値発生手段23,25と、 (c)演算部15であって、前記発生手段からの加速度
(a)r、速度指令値(a)rおよび位置指令値
(θa)rから、電動機出力トルクの指令値(Nm)r
と、電動機回転角速度の指令値(m)rとの和を算出
するとともに、電動機回転速度の指令値(θm)rを算
出する演算部15と、 (d)前記回転角度の指令値(θm)rから回転角度検
出器3によって検出される電動機回転変位θmの出力を
減算する第1減算器19と、 (e)電動機電流指令値uを導出する第2減算器18と、 (f)前記電動機1の回転子、減速歯車5、トルク伝達
機構6およびアーム7によって構成される軸系をばねと
剛体とから成る系と仮定し、電動機電流指令値u、電動
機回転変位θm、および電動機回転速度mから、前記
ばねと剛体とから成る系のねじれ角度の推定値θsと、
そのねじれ角度の時間微分値の推定値sとを求める状
態観測器11と、 (g)前記ねじれ角の推定値θsと前記時間微分値の推
定値sとを加算する加算器16,17とを含み、 (h)第2減算器18は、第1減算器19のための出力と、
演算部15からの電動機出力トルクの指令値(Nm)rと、
電動機回転角速度の指令値(m)rとの前記和を加算
し、その加算値から、回転速度検出器4の出力mと加
算器16,17の出力とを減算して前記電動機電流指令値u
を導出して電動機1に与えることを特徴とする物体の位
置制御装置である。
Further, according to the present invention, (a) the rotation speed detector 4 and the rotation angle detector 3 are coupled to the shaft of the electric motor 1 and the reduction gear 5 is coupled, and the output shaft of the reduction gear 5 includes the torque transmission mechanism 6. An industrial robot having a structure for driving the arm 7 via the arm, and (b) a command for generating an acceleration command value (a) r, a speed command value (a) r, and a position command value (θa) r for the arm 7. Value generating means 23, 25, (b1) Position command value of arm 7 Memory 23 that stores the value, and (b2) Store position command value stored in memory 23 With a sampling time interval ΔT set in advance, and (b3) the first and second floors of the value θa read from the reading means.
And (b4) the read value θa is delayed by the time ΔT in response to the outputs of the reading means and the calculating means, and the position command value (θ) is calculated.
a) r, the differential value a of the first floor is delayed by a time ΔT / 2 to be the speed command value (a) r, and the differential value a of the second floor which is not delayed is derived as the acceleration command value (a) r. Command value generating means 23, 25 having: and (c) computing section 15 from the acceleration (a) r, speed command value (a) r and position command value (θa) r from the generating means, Motor output torque command value (Nm) r
And a calculation unit 15 that calculates the sum of the command value (m) r of the motor rotation angular velocity and the command value (θm) r of the motor rotation speed, and (d) the command value (θm) of the rotation angle. a first subtractor 19 for subtracting the output of the motor rotational displacement θm detected by the rotation angle detector 3 from r, (e) a second subtractor 18 for deriving a motor current command value u, and (f) the motor Assuming that the shaft system composed of the rotor of No. 1, the reduction gear 5, the torque transmission mechanism 6 and the arm 7 is a system composed of a spring and a rigid body, the motor current command value u, the motor rotation displacement θm, and the motor rotation speed m. From the estimated value θs of the twist angle of the system composed of the spring and the rigid body,
A state observer 11 for obtaining an estimated value s of the time derivative of the twist angle, and (g) adders 16 and 17 for adding the estimated value θs of the twist angle and the estimated value s of the time derivative. (H) the second subtractor 18 outputs the output for the first subtractor 19,
A command value (Nm) r of the motor output torque from the calculation unit 15,
The sum of the motor rotation angular velocity command value (m) r is added, and the output m of the rotation speed detector 4 and the outputs of the adders 16 and 17 are subtracted from the added value to obtain the motor current command value u.
Is derived and given to the electric motor 1.

作 用 本発明に従えば、メモリの指令値θaを読出し、そ
の値θaを だけ遅らせ、また、その読出した値θaに基づいて1階
からh−1階までのe階微分値を だけそれぞれ遅らせて演算を行うようにしたので、位相
差に起因する誤差を零としてアームの位置精度を向上す
ることができるようになる。
Operation According to the present invention, the command value θa * of the memory is read and the value θa is read. Delay, and based on the read value θa, the e-th derivative values from the first floor to the h-1th floor Since the calculation is performed after each delay, it is possible to improve the position accuracy of the arm by setting the error caused by the phase difference to zero.

また本発明に従えば、メモリから読出した値とh−1
階までの微分値をサンプリング周期ΔT中で補間演算
し、読出した値θaを時間 だけ遅らせ、またh−2階までの微分値を、e階微分値
は時間 だけ遅らせ、さらにまた(h−1)階およびh階の微分
値を遅らせることなくそのまま、演算のために使用す
る。これによつて位相がずれることなしに、読出した値
と各階の微分値を演算のために用いることができ、その
ため誤差を生じることなく、またアームの位置精度を向
上することが可能となる。
According to the invention, the value read from the memory and h-1
The differential value up to the floor is interpolated in the sampling cycle ΔT, and the read value θa Delay, and the differential value up to the h-2 floor is However, the differential values of the (h-1) th floor and the hth floor are used for calculation without delay. As a result, the read value and the differential value of each floor can be used for the calculation without the phase being shifted, so that it is possible to improve the position accuracy of the arm without causing an error.

また本発明の物体の位置制御装置に従えば、ばねと剛
体とから成る系と仮定して演算部15で、電動機出力トル
クの指令値(Nm)rと電動機回転角速度の指令値(
m)rとの和を算出するとともに、電動機回転速度の指
令値(θm)rを算出し、前記和は、第2減算器18に与
えられ、こうしてトルクレベルで逆位相的にフィードフ
ォワード制御を行うようにしたので、前記各指令値に対
して時間遅れをなくして、アーム7の位置制御を行うこ
とができるようになる。
Further, according to the object position control device of the present invention, it is assumed that the system is composed of a spring and a rigid body, and in the calculation unit 15, the command value (Nm) r of the motor output torque and the command value of the motor rotation angular velocity (
m) r and the command value (θm) r of the motor rotation speed are calculated, and the sum is given to the second subtractor 18, thus performing feedforward control in reverse phase at the torque level. Since this is performed, the position control of the arm 7 can be performed without a time delay with respect to each of the command values.

この物体の位置制御装置においても、メモリ23にスト
アされているアーム7の位置指令値 に基づいて、1階および2階の微分値aおよびaを
演算して求めて、それらの位相の中心を一致させるよう
にしたので、良好な動特性を達成することができる。
Also in this object position control device, the position command value of the arm 7 stored in the memory 23 Based on the above, the differential values a and a of the first and second orders are calculated and obtained, and the centers of their phases are made to coincide with each other, so that good dynamic characteristics can be achieved.

実施例 第1図は、本発明の一実施例の産業用ロボツトの制御
装置のブロツク図である。ロボツトの機械系21は、メモ
リ23にストアされているアーム位置指令値に基づき、フ
イードフオワード補償して制御される。
Embodiment FIG. 1 is a block diagram of an industrial robot controller according to an embodiment of the present invention. The robot mechanical system 21 is controlled by feedback compensation based on the arm position command value stored in the memory 23.

第2図は、ロボツトの機械系21の構成を簡略化して示
す斜視図である。電動機1は、駆動回路2の電流指令値
uにより駆動され、その回転子ないしは、出力軸1aは減
速機5に取付けられる。減速機5の出力軸は、トルク伝
達機構6を通じてロボツトのアーム7につながる。第2
図の構成を以下に制御対象と称する。
FIG. 2 is a perspective view showing a simplified structure of the mechanical system 21 of the robot. The electric motor 1 is driven by the current command value u of the drive circuit 2, and its rotor or output shaft 1a is attached to the speed reducer 5. The output shaft of the speed reducer 5 is connected to the arm 7 of the robot through the torque transmission mechanism 6. Second
The configuration shown in the figure is hereinafter referred to as a controlled object.

第3図は、第2図の構成の機械的に等価な構成を示す
斜視図である。減速機5、トルク伝達機構6、およびア
ーム7の有するばね特性に着目すれば、第2図の制御対
象はモータ1の出力軸1aに結合されたばね9と、ばね9
の先端に結合された剛体アーム10から成る構成と等価で
ある。ロボツトの各軸を第2図に示すようなばね−剛体
系とみなしたとき、n自由度の多関節ロボツトの第iア
ームの運動は以下の微分方程式で記述される。
FIG. 3 is a perspective view showing a mechanically equivalent structure of the structure of FIG. Focusing on the spring characteristics of the speed reducer 5, the torque transmission mechanism 6, and the arm 7, the control targets in FIG. 2 are the spring 9 coupled to the output shaft 1a of the motor 1 and the spring 9
It is equivalent to a configuration including a rigid arm 10 connected to the tip of the. When each axis of the robot is regarded as a spring-rigid system as shown in FIG. 2, the motion of the i-th arm of an articulated robot with n degrees of freedom is described by the following differential equation.

上記の第1式と第2式の各記号の意味は、以下のとお
りである。ただし以降では全て第iアームを意味する添
字のiは省いて説明する。
The meanings of the symbols in the above-mentioned first and second expressions are as follows. However, in the following description, the subscript i, which means the i-th arm, will be omitted.

θm;電動機回転角度 m;電動機回転角速度 m;電動機回転角加速度 θa;アーム回転角度 a;アーム回転角速度 a;アーム回転角加速度 Kc;ばね定数 RG;減速比 Dm;電動機側粘性摩擦係数 Da;アーム側粘性摩擦係数 Jm;電動機慣性モーメント Nm;電動機出力トルク Jj;慣性行列の成分 bjk;遠心力・コリオリ力の項の係数 fg;重力項 動的制御に必要なトルクを求めるには、アーム10の加
速度指令値(a)r、速度指令値(a)rおよび位
置指令値(θa)rより電動機出力トルク指令値(Nm)
rを算出すればよい。添字rは指令値を表わす。第1式
の右辺をf(θ)とおけば、第1式と第2式とより、 が成立する。f(θ)の各項は指令値が与えられれば、
これをθa,a,aに代入すれば既知となるから、あと
は電動機1の回転角度指令値、回転角速度指令値および
回転角加速度指令値(θm)r,(m)r,(m)rを
求める必要がある。これは第1式を微分していくことに
より得られる。
θm; Motor rotation angle m; Motor rotation angular velocity m; Motor rotation angular acceleration θa; Arm rotation angle a; Arm rotation angular velocity a; Arm rotation angular acceleration Kc; Spring constant RG; Reduction ratio Dm; Motor side viscous friction coefficient Da; Arm Side viscous friction coefficient Jm; motor inertia moment Nm; motor output torque Jj; inertia matrix component bjk; coefficient of centrifugal force / Coriolis force term fg; gravity term To obtain the torque required for dynamic control, Motor output torque command value (Nm) from acceleration command value (a) r, speed command value (a) r, and position command value (θa) r
It suffices to calculate r. The subscript r represents a command value. If the right side of the first equation is f (θ), then from the first equation and the second equation, Is established. If the command value is given to each term of f (θ),
Since this is known by substituting this into θa, a, a, the rotation angle command value, rotation angular velocity command value, and rotation angular acceleration command value (θm) r, (m) r, (m) r of the electric motor 1 are then obtained. Need to ask. This is obtained by differentiating the first expression.

(θm)r=(f(θ)/Kc+(θa)r)RG …(4) (m)r=(f()/Kc+(a)r)RG …(5) (m)r=(f()/Kc+(a)r)RG …(6) 第4式、第5式および第6式を第3式に代入すればト
ルク指令値は求まる。
(Θm) r = (f (θ) / Kc + (θa) r) RG (4) (m) r = (f () / Kc + (a) r) RG (5) (m) r = (f () / Kc + (a) r) RG (6) The torque command value is obtained by substituting the fourth, fifth and sixth equations into the third equation.

このトルク指令値に、電動機の回転角速度指令値と速
度フイードバツクゲインとを乗じたものを加え、さらに
電動機の回転角偏差と適当な比例ゲインとを加え、これ
を電動機の電流指令値として与えれば、本発明を実現す
ることができる。
This torque command value is multiplied by the rotational angular velocity command value of the electric motor and the speed feedback back gain, and then the rotational angle deviation of the electric motor and an appropriate proportional gain are added, and this is given as the electric current command value of the electric motor. Thus, the present invention can be realized.

さらに本発明の他の実施例では第1図のように状態観
測器11を用いて、電動機1の出力軸1aとアーム10間のば
ね要素の歪み、およびその微分すなわち時間変化率のフ
イードバツクループを構成しているため、歪みおよびそ
の微分の指令値を計算しフイードフオワードする必要が
ある。この状態観測器11は、電流指令値uと電動機1の
速度測定値mとを用いて、歪み量θsとその歪み量θ
sの時間変化率sとを推定する最小次数オブザーバを
用いて実現することができる。歪み量をθsとおくと、 と表されるので、第1式を変形すると (θs)r=f(θ)/Kc …(8) が得られる。さらにこれを微分して、 (s)r=(θ)/Kc …(9) を得る。以上より、動的制御に必要なトルク指令値と、
速度、歪みおよびその微分の各フイードバツク量の指令
値を加え合せた全フイードフオワード量(NmF)rは第1
0式により与えられる。
Further, in another embodiment of the present invention, a state observer 11 is used as shown in FIG. Since the loop is configured, it is necessary to calculate the command value of the distortion and its derivative and feed it forward. The state observer 11 uses the current command value u and the speed measurement value m of the electric motor 1 to measure the distortion amount θs and the distortion amount θ.
It can be realized by using a minimum order observer that estimates the time change rate s of s. If the strain amount is θs, Therefore, by modifying the first equation, (θs) r = f (θ) / Kc (8) is obtained. Further, this is differentiated to obtain (s) r = (θ) / Kc (9). From the above, the torque command value required for dynamic control and
The total feedforward amount (NmF) r, which is the sum of the command values for each feedback amount of speed, strain and its derivative, is the first
It is given by the expression 0.

(Nmf)r=(Nm)r+Kv(m)r+Kps(θs)r +Kvs(s)r =f(θ)/RG+JmRG(a)r+(Kv +Dm)RG(a)r+[JmRG(θ) +((Kv+Dm)RG+Kvs)(θ) +Kpsf(θ)]/Kc …(10) ここに、Kv,Kps,Kvsは、係数回路12,13,14におけるそ
れぞれ速度、歪みおよび歪みの微分の各フイードバツク
ゲインである。演算部15に(θa)r,(a)r,(
a)r, が与えられたときに、これらを第10式に代入して得られ
る値を、状態観測器11を用いたフイードバツク制御系の
駆動回路入力に加算することにより、本発明の制御系を
構成することができる。
(Nmf) r = (Nm) r + Kv (m) r + Kps (θs) r + Kvs (s) r = f (θ) / RG + JmRG (a) r + (Kv + Dm) RG (a) r + [JmRG (θ) + (( Kv + Dm) RG + Kvs) (θ) + Kpsf (θ)] / Kc (10) where Kv, Kps, and Kvs are the feedback gains of the velocity, strain, and strain derivative in the coefficient circuits 12, 13, and 14, respectively. Is. In the calculation unit 15, (θa) r, (a) r, (
a) r, When, is given, the values obtained by substituting these into the equation 10 are added to the drive circuit input of the feedback control system using the state observer 11 to configure the control system of the present invention. You can

は、微小であるので、無視することができる。この制御
系のブロツク図を前述のように第1図に示す。uは駆動
回路入力、Kpは位置ループゲインである。参照符16,17,
18および19は、演算器を示し、参照符20はゲインKpを有
する係数器であり、機構21は第1図に示される電動機
1、減速機5、トルク伝達機構6およびアーム7などを
含む機械的構成を示す。この第3図においてフイードフ
オワード量(Nmf)rは、第11式で示される。
Is so small that it can be ignored. A block diagram of this control system is shown in FIG. 1 as described above. u is a drive circuit input, and Kp is a position loop gain. Reference marks 16,17,
Reference numerals 20 and 18 are arithmetic units, reference numeral 20 is a coefficient unit having a gain Kp, and a mechanism 21 is a machine including the electric motor 1, the speed reducer 5, the torque transmission mechanism 6 and the arm 7 shown in FIG. Shows the physical composition. In FIG. 3, the feedforward amount (Nmf) r is expressed by the eleventh equation.

(Nmf)r=(Nm)r+Kv(m)r+Kps(θs)r +Kvs(s)r …(11) なお、第10式中、値が小さく全体への影響が少ない項
Dmなどを無視して計算を簡略化することも可能である。
(Nmf) r = (Nm) r + Kv (m) r + Kps (θs) r + Kvs (s) r (11) Note that in Expression 10, the value is small and has little effect on the whole.
It is also possible to ignore Dm etc. and simplify the calculation.

またここでは電動機の回転角度、回転角速度および回
転角加速度の各指令値(θm)r,(m)r,(m)r
を計算により求めたが、検出器によつて測定可能なθm,
mの実際値を用いて、動的制御に必要なトルク指令値
をオンラインで、より正確に求めることもできる。
Further, here, respective command values (θm) r, (m) r, (m) r of the rotation angle, the rotation angular velocity and the rotation angular acceleration of the electric motor.
Was calculated, but θm, which can be measured by the detector,
By using the actual value of m, the torque command value required for dynamic control can be calculated online more accurately.

第4図を参照してメモリ23にはアーム10の位置指令値
θaがストアされている。以下の説明では、指令値で
あることを意味する添字rは、説明の簡略化を図るため
に省略する。このメモリ23にストアされている指令値θ
は、第4図に示されるようにサンプリング時間間隔
ΔTごとに処理回路22によつて読出される。この読出さ
れた値θaは、処理回路22において演算され、その演算
結果はメモリ24に一時的にストアされる。処理回路22と
メモリ24は、差分演算回路25を構成する。
Referring to FIG. 4, position command value θa * of arm 10 is stored in memory 23. In the following description, the subscript r, which means a command value, is omitted to simplify the description. Command value θ stored in this memory 23
The a * is read by the processing circuit 22 at every sampling time interval ΔT as shown in FIG. The read value θa is calculated in the processing circuit 22, and the calculation result is temporarily stored in the memory 24. The processing circuit 22 and the memory 24 form a difference calculation circuit 25.

第5図は差分演算回路25の動作を説明するためのフロ
ーチヤートであり、第6図はその演算動作を説明するた
めの波形図である。これらの図面の参照して、ステツプ
v1では、メモリ23から前述のようにストアされている指
令値θaを読出す。ステツプv2では、その読出した値
θaに基づいてh階(hは、1以上の整数、h≧1)ま
での微分値a,a,…を演算して求める。この実施例で
は、3階微分値 までを演算して求めるものとする。メモリ23にストアさ
れている位置指令値θaは第6図(1)に示されてお
り、第p回目のサンプリングによつて読取られるべき値
はθapで示す。このメモリ23から読出した値θaは第6
図(2)で示されるとおりである。1階微分値aは、
第6図(4)で示されるとおりであり、これに基づき得
られる2階微分値aは第6図(6)に示されるとおり
であり、3階微分値 は第6図(8)に示されるとおりである。参照符t5〜t1
2で示される各時刻は、ΔT/2間隔である。3階微分値 の位相中心は、時刻t8であり、ステツプv3ではこの3階
微分値 を演算部15に出力する。
FIG. 5 is a flow chart for explaining the operation of the difference calculation circuit 25, and FIG. 6 is a waveform chart for explaining the calculation operation. With reference to these drawings, step
At v1, the command value θa * stored as described above is read from the memory 23. At step v2, the differential values a, a, ... Up to the h-th order (h is an integer of 1 or more, h ≧ 1) are calculated based on the read value θa. In this embodiment, the third derivative Are calculated and obtained. The position command value θa * stored in the memory 23 is shown in FIG. 6 (1), and the value to be read by the p-th sampling is indicated by θap. The value θa read from this memory 23 is the sixth
This is as shown in FIG. The first-order differential value a is
As shown in FIG. 6 (4), the second-order differential value a obtained based on this is as shown in FIG. 6 (6), and the third-order differential value. Is as shown in FIG. 6 (8). Reference marks t5 to t1
Each time indicated by 2 is a ΔT / 2 interval. Third derivative The phase center of is at time t8, and in step v3 this third derivative Is output to the calculation unit 15.

ステツプv4では、第6図(6)で示される演算して得
られた2階微分値aを時間ΔT/2だけ遅らせる。そこ
でステツプv5では、ΔT/2だけ遅らせた2階微分値a1
を第6図(7)で示すように、出力する。
At step v4, the second-order differential value a obtained by the calculation shown in FIG. 6 (6) is delayed by the time ΔT / 2. So, in step v5, the second derivative a1 delayed by ΔT / 2
Is output as shown in FIG. 6 (7).

ステツプv6では、演算によつて求められた第6図
(4)で示される1階微分値aを、さらにΔT/2だけ
遅らせる。換言すると、1階微分値aは3階微分値 の位相中心p8よりも時間ΔTだけ前の時刻t6の値a1が
ステツプv7において、第6図(5)で示されるように出
力される。
At step v6, the first-order differential value a shown in FIG. 6 (4) obtained by the calculation is further delayed by ΔT / 2. In other words, the first-order differential value a is the third-order differential value The value a1 at the time t6, which is earlier than the phase center p8 by the time ΔT, is output at step v7 as shown in FIG. 6 (5).

ステツプv8では、読出された指令値θaをさらに、Δ
T/2だけ遅らせる。これによつて値θaは時刻t5よりも だけ遅れた時刻t8の値θa1として第6図(3)で示され
るようにステツプv9で出力される。
At step v8, the read command value θa is further
Delay T / 2. As a result, the value θa is greater than that at time t5. The value .theta.a1 at the time t8 delayed by only is output at step v9 as shown in FIG. 6 (3).

このようにして時刻t8では、値θa,aおよびa
が、値 の位相中心の値が得られる時刻t8において、同時に第10
式に代入して演算が行なわれる。これによつて位相差に
よる演算誤差が防がれ良好な応答を達成することができ
る。
Thus, at time t8, the values θa, a and a
But the value At time t8 when the value of the phase center of
The operation is performed by substituting it into the expression. As a result, a calculation error due to the phase difference can be prevented and a good response can be achieved.

一般的に述べると、h階までの微分値を求めた後に
は、メモリ23から読出した値θaは、時間 だけ遅らせる。また、第1階〜第h−1階までの各微分
値は、l階微分値について、 だけ遅らせる。ここでlは1以上h−1以下の整数であ
り、 1≦l≦h−1 …(12) である。こうして位相差による誤差を防ぐことができ
る。
Generally speaking, after the differential value up to the hth order is obtained, the value θa read from the memory 23 is Just delay. In addition, each differential value from the 1st floor to the h-1th floor is Just delay. Here, l is an integer of 1 or more and h−1 or less, and 1 ≦ l ≦ h−1 (12). In this way, an error due to the phase difference can be prevented.

第7図は本発明の他の実施例における差分演算回路25
の動作を説明するためのフローチヤートであり、第8図
はその第7図に示された実施例の動作を説明するための
波形図である。ステツプw1では、メモリ23にストアされ
ているアーム10の位置指令値θaを読出す。このメモ
リにストアされている指令値θaは、第8図(1)に
示されているとおりである。サンプリング時間間隔ΔT
は、それよりも小さい周期でq等分して、以下の演算が
行なわれる。処理回路22によつてメモリ23から読出され
た値θaは、第8図(2)に示されるとおりであり、こ
れを補間演算して第8図(3)で示されるような値θa2
を求める。サンプリング時間間隔ΔTはたとえば数10ms
ecであり、そのp等分された時間間隔はたとえば1msec
程度であつてもよい。補間演算された値θa2は第13式に
示されるとおりである。
FIG. 7 shows a difference calculation circuit 25 in another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flow chart for explaining the operation of FIG. 7, and FIG. 8 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. At step w1, the position command value θa * of the arm 10 stored in the memory 23 is read. The command value θa * stored in this memory is as shown in FIG. 8 (1). Sampling time interval ΔT
Is equally divided into q with a cycle smaller than that, and the following calculation is performed. The value θa read from the memory 23 by the processing circuit 22 is as shown in FIG. 8 (2), and the value θa2 as shown in FIG. 8 (3) is calculated by interpolation.
Ask for. The sampling time interval ΔT is, for example, several tens of ms
ec, and the time interval divided into p equals 1 msec, for example.
It may be about. The interpolated value θa2 is as shown in Expression 13.

pは、第p回目のサンプリングを表す。uは、1つの
サンプリング時間間隔ΔTにおけるp等分された時間間
隔のうち、第u番目の補間演算値を示す。
p represents the p-th sampling. u indicates the u-th interpolation calculation value in the time interval p equally divided in one sampling time interval ΔT.

値θaに基づいて、1階微分値aを第8図(5)で
示すように演算して求める。また同様にして、2階微分
値aを1階微分値aに基づいて演算して、第8図
(8)のように求める。3階微分値 は、2階微分値aに基づき、第8図(10)で示される
ように演算して求める。時刻t15〜t21はΔT/2だけ相互
にずれた時刻を示す。
Based on the value θa, the first-order differential value a is calculated as shown in FIG. 8 (5). Similarly, the second-order differential value a is calculated based on the first-order differential value a to obtain the value as shown in FIG. 8 (8). Third derivative Is calculated based on the second-order differential value a as shown in FIG. 8 (10). Times t15 to t21 indicate times shifted from each other by ΔT / 2.

1階微分値aを補間演算すると、第8図(6)で示
されるa2が得られる。時刻t15〜t17において第u番目
の補間値a2upは第14式で示される。
By interpolating the first-order differential value a, a2 shown in FIG. 8 (6) is obtained. At times t15 to t17, the u-th interpolation value a2up is expressed by the fourteenth equation.

また時刻t17〜時刻t19における第u番目の補間値a2
u(p+1)は、第15式で示されるとおりである。
The u-th interpolation value a2 from time t17 to time t19
u (p + 1) is as shown in Expression 15.

2階微分値aを補間演算して得られる値a2up,a
2u(p+1),a2u(p+2)は、次のように求めら
れる。先ず第8図(9)で示される時刻t15〜t17におけ
る補間演算値は、第16式で示される。
Value a2up, a obtained by interpolating the second-order differential value a
2u (p + 1) and a2u (p + 2) are calculated as follows. First, the interpolation calculation value at times t15 to t17 shown in FIG.

また時刻t17〜t19における2階微分の補間値は、第17
式のとおりである。
In addition, the interpolation value of the second derivative from time t17 to t19 is the 17th
It is as in the formula.

また時刻t19〜t21における2階微分値aの補間値は
第18式のとおりである。
The interpolated value of the second-order differential value a at times t19 to t21 is as shown in the 18th equation.

こうして前述の第7図のステツプw2では、メモリ23か
ら読出した値θaに基づき、順次的に1階〜3階微分値
a〜 を計算する。ステツプw3では、時刻t18において、第8
図(10)で示される3階微分値 を出力する。
Thus, in step w2 in FIG. 7 described above, based on the value θa read from the memory 23, the first-order to third-order differential values a ... Is calculated. At step w3, at time t18, the eighth
Third-order differential value shown in Fig. (10) Is output.

ステツプw4では、2階微分値θaの第8図(9)で示
される補間演算値a2を計算して時刻t18の値を出力す
る。
At step w4, the interpolation calculation value a2 shown in FIG. 8 (9) of the second-order differential value θa is calculated and the value at time t18 is output.

ステツプw5では、1階微分値aの第8図(6)で示
される補間演算値aをΔT/2だけ遅らせる。こうして
遅らせた2階微分の補間値aは、第8図(7)で示さ
れるとおりであり、時刻t18の値がステツプw6で出力さ
れる。
In step w5, the interpolation calculation value a of the first-order differential value a shown in FIG. 8 (6) is delayed by ΔT / 2. The delayed second-order differential interpolation value a is as shown in FIG. 8 (7), and the value at time t18 is output at step w6.

ステツプw7では、読出した値θaの補間値θa2をさら
にΔT/2だけ遅らせて第8図(4)で示される値θa3を
求める。
At step w7, the interpolated value θa2 of the read value θa is further delayed by ΔT / 2 to obtain the value θa3 shown in FIG. 8 (4).

ステツプw8では、この第8図(4)で示される値θa3
の時刻t18の値を導出する。こうして時刻t18では、読出
した値θaと、1階および2階の微分値a,aとの補
間演算を行ない、補間演算した値θa2を時間ΔTだけ遅
らせ、また1階微分の補間演算値aをΔT/2だけ遅ら
せ、こうして値θa3,a3を得る。これによつて時刻t18
においてθa3,a3とともに、第2階微分補間値a2と
3階微分値a3とを用いて時刻t18における指令値の第1
0式に示される指令値の演算を行なう。
At step w8, the value θa3 shown in FIG.
The value of time t18 of is derived. Thus, at time t18, the read value θa and the differential values a and a of the first and second floors are interpolated, the interpolated value θa2 is delayed by the time ΔT, and the interpolated operation value a of the first differential is Delay by ΔT / 2, thus obtaining the values θa3, a3. As a result, time t18
At θt3, a3 together with the second-order differential interpolation value a2 and the third-order differential value a3, the first command value at time t18
The command value shown in Equation 0 is calculated.

一般的に述べると、メモリ23にストアされている指令
値θaを読出した値θaの(h−1)階までの微分値
を演算して求める。hは1以上の整数であり、h≧1で
ある。読出した値θaと(h−1)階までの微分値とを
サンプリング周期ΔT内で補間演算する。読出した値θ
aの補間演算値θa2を だけ遅らせる。1階〜(h−2)階の微分値の補間演算
をした値aをl階微分の補間値毎に時間 だけそれぞれ遅らせる。lは1以上、かつ(h−2)以
下の整数である(1≦lh−2)。こうして遅らせた読出
した値の補間値θa3と、遅らせた(h−2)階までの微
分補間値a3と(h−1)階の微分補間値a2とh階の
微分値a3とを演算のために用いる。こうして位相ずれ
による誤差を防ぎ、良好な応答性を達成することができ
る。
Generally speaking, the command value θa * stored in the memory 23 is calculated by calculating the differential value of the read value θa up to the (h-1) th floor. h is an integer of 1 or more, and h ≧ 1. The read value θa and the differential value up to the (h−1) th floor are interpolated within the sampling period ΔT. Read value θ
Interpolation calculation value θa2 of a Just delay. The value a obtained by performing the interpolation calculation of the differential values of the first floor to (h-2) th floor is the time for each interpolated value of the first floor differential. Only delay each. l is an integer of 1 or more and (h-2) or less (1≤lh-2). In order to calculate the delayed interpolated value θa3 of the read value, the delayed interpolated value a3 up to the (h-2) th floor, the delayed interpolated value a2 of the (h-1) th floor, and the differential value a3 of the hth floor. Used for. In this way, it is possible to prevent an error due to a phase shift and achieve good responsiveness.

h階の微分値を補間演算するようにしてもよい。 You may make it interpolate the differential value of h-order.

さらに制御対象のパラメータの同定が十分正確であれ
ば、さらに他の実施例を示す第9図のように、サーボ補
償器として状態観測器11を用いなくても、第4図のよう
に従来のθm,mのフイードバツクだけでよい。このと
きは、ばねによる歪み量およびその微分値θs,sのフ
イードバツクループを切り、これらの指令値Kps(θ
s)r+Kvs(s)rを零にし、フイードフオワード
量(Nmf)rを第19式のとおりとすればよい。
Furthermore, if the parameters to be controlled are sufficiently accurately identified, as shown in FIG. 9 showing still another embodiment, even if the state observer 11 is not used as a servo compensator, the conventional one as shown in FIG. Only the feed back of θm, m is required. At this time, the feedback loop of the amount of strain due to the spring and its differential value θs, s is cut off, and these command values Kps (θ
s) r + Kvs (s) r may be set to zero, and the feedforward amount (Nmf) r may be set as in Expression 19.

(Nmf)r=(Nm)r+Kv(m)r …(19) 効 果 以上のように本発明によれば、メモリにストアされて
いる指令値を読出して、その微分値を求めて指令値の演
算を行なう際に、位相差に起因した誤差をなくすことが
でき、アームの位置精度の向上を図ることが可能にな
る。
(Nmf) r = (Nm) r + Kv (m) r (19) Effect As described above, according to the present invention, the command value stored in the memory is read and the differential value thereof is calculated to obtain the command value. When performing the calculation, it is possible to eliminate the error caused by the phase difference, and it is possible to improve the position accuracy of the arm.

すなわち本発明によれば、指令値とそれらの微分値と
の位相中心を一致させることができるようにしたので、
オーバーシフト、残留振動などで評価される動特性を良
好にすることができるのである。
That is, according to the present invention, since it is possible to match the phase centers of the command values and their differential values,
The dynamic characteristics evaluated by overshift, residual vibration, etc. can be improved.

さらに本発明の物体の位置制御装置によれば、産業用
ロボットの動力伝達部などの低剛性部分に起因する加減
速時の振動を抑制することが可能となり、しかも追従性
の優れた応答を実現することができる。
Further, according to the object position control device of the present invention, it is possible to suppress vibration at the time of acceleration / deceleration due to a low rigidity part such as a power transmission part of an industrial robot, and yet realize a response with excellent followability. can do.

特に本発明によれば、演算部15では、アーム7の加速
度指令値(a)r、速度指令値(a)rおよび位置
指令値(θa)rから、電動機出力トルクの指令値(N
m)rと、電動機回転角速度の指令値(m)rとの和
を算出して第2減算器18に与えてトルクレベルで逆位相
的に加えることによってアーム7の位置制御を、前記指
令値に対して時間遅れなく、駆動することが可能にな
る。
In particular, according to the present invention, the calculation unit 15 calculates the command value (N) of the motor output torque from the acceleration command value (a) r, the speed command value (a) r, and the position command value (θa) r of the arm 7.
m) r and the command value (m) r of the motor rotation angular velocity are calculated and given to the second subtractor 18 and added in anti-phase at the torque level to control the position of the arm 7 by the command value. It becomes possible to drive without time delay.

さらに本発明によれば、状態観察器11および加算器1
6,17を用い、速度に関するフィードバック制御を行い、
こうして優れた制御性能を実現することができる。
Furthermore, according to the present invention, the state observer 11 and the adder 1
Using 6,17, feedback control on speed is performed,
In this way, excellent control performance can be realized.

しかもアーム回転変位およびアーム回転速度のように
センサで直接計測することができない状態量を、状態加
算器11で推定して求めるようにし、これによって構成を
簡略化することもまた可能である。
Moreover, it is also possible to simplify the configuration by estimating the state quantity, which cannot be directly measured by the sensor, such as the arm rotation displacement and the arm rotation speed, and obtaining the state quantity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の産業用ロボツトの制御装置
を示すブロツク図、第2図は第1図に示されたロボツト
の機械系21の構成を簡略化して示す斜視図、第3図は第
2図に示された構成をばね−慣性系のモデルとして示す
斜視図、第4図はメモリ23から読出し動作を行なうサン
プリング周期ΔTを説明するための図、第5図は差分演
算回路25の動作を説明するためのフローチヤート、第6
図は差分演算回路25の動作を説明するための波形図、第
7図は本発明の他の実施例の差分演算回路25の動作を説
明するためのフローチヤート、第8図は第7図に示され
た実施例における動作を説明するための波形図、第9図
は本発明のさらに他の実施例のブロツク図、第10図は先
行技術の演算方法を説明するための波形図である。 1……電動機、2……駆動回路、5……減速機、6……
トルク伝達機構、7……アーム、11……状態乾燥機、1
2,13,14,20……係数器、15……演算部、16,17,18,19…
…演算器、22……処理回路、23,24……メモリ、25……
差分演算回路
FIG. 1 is a block diagram showing a controller for an industrial robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a simplified configuration of a robot mechanical system 21 shown in FIG. 2 is a perspective view showing the structure shown in FIG. 2 as a model of a spring-inertia system, FIG. 4 is a view for explaining a sampling cycle .DELTA.T for reading from the memory 23, and FIG. Flowchart for explaining the operation of 25, No. 6
FIG. 7 is a waveform chart for explaining the operation of the difference calculation circuit 25, FIG. 7 is a flow chart for explaining the operation of the difference calculation circuit 25 of another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is shown in FIG. FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation in the shown embodiment, FIG. 9 is a block diagram of still another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the arithmetic method of the prior art. 1 ... Electric motor, 2 ... Drive circuit, 5 ... Reduction gear, 6 ...
Torque transmission mechanism, 7 ... arm, 11 ... condition dryer, 1
2,13,14,20 …… Coefficient unit, 15 …… Calculator, 16,17,18,19…
… Calculator, 22 …… Processing circuit, 23,24 …… Memory, 25 ……
Difference calculation circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 貞夫 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社明石工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Sadao Kubo 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi Kawasaki Heavy Industries Ltd. Akashi Factory

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】メモリにストアされている位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaのh階(hは、1以上の整数)まで
の微分値a,a,…を演算して求め、 読出した値θaを、時間 だけ遅らせ、e階(eは、1以上、(h−1)以下の整
数)の微分値を、時間 だけそれぞれ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前記
h−1階までの微分値a,a,…と、h階の微分値と
を、指令値演算のために使うことを特徴とするロボット
における指令値演算方法。
1. A position command value stored in a memory Is read at a predetermined sampling time interval ΔT, the differential value a, a, ... Up to the h-th level (h is an integer of 1 or more) of the read value θa is calculated to obtain the read value θa, time Delay, and the differential value of the e floor (e is an integer of 1 or more and (h-1) or less) , And the delayed read value θa, the delayed differential values a, a, ... up to the h-1th floor, and the differential value of the hth floor are used for command value calculation. A command value calculation method for a characteristic robot.
【請求項2】メモリにストアされている位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaのh階(hは、1以上の整数)まで
の微分値a,a,…を演算して求め、 読出した値θaと、(h−1)階までの微分値a,a,
…をサンプリング時間間隔ΔT中で補間演算し、 これらの読出したθaを、時間 だけ遅らせ、 e階(eは、1以上、かつ(h−2)以下の整数)の微
分値を、時間 だけ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前記
(h−2)階までの微分値と、(h−1)階の微分値
と、h階の微分値とを、指令値演算のために用いること
を特徴とするロボットにおける指令値演算方法。
2. A position command value stored in a memory Is read at a predetermined sampling time interval ΔT, the differential value a, a, ... Up to the h-th level (h is an integer of 1 or more) of the read value θa is calculated, and the read value θa and Derivatives up to the (h-1) th floor a, a,
... are interpolated in the sampling time interval ΔT, and these read θa are Delay only by e, the differential value of the e floor (e is an integer of 1 or more and (h-2) or less) The delayed read value θa, the delayed differential value up to the (h-2) th floor, the delayed differential value of the (h-1) th floor, and the differential value of the hth floor are used as command values. A method for calculating a command value in a robot, which is used for calculation.
【請求項3】n自由度の多関節ロボツトのアーム7を、
電動機1によつて減速機5を介して駆動し、 メモリにストアされている位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出し、 その読出した値θaの1階および2階の微分値a,a
を演算して求め、 読出した値θaを、時間ΔTだけ遅らせ、 1階の微分値aを、時間ΔT/2だけ遅らせ、 これらの遅らせた前記読出した値θaと、遅らせた前記
1階の微分値aと、遅らせていない2階の微分値a
とを用いて、電動機出力トルク指令値(Nm)rを算出
し、 であり、 ここで、Jmは電動機慣性モーメント、RGは減速機5の減
速比、Dmは電動機側粘性摩擦係数であり、f(θ)は、 であり、ここでJjは慣性行列の成分、aはアーム回転
角加速度、bjkは遠心力・コリオリ力の項の係数、a
はアーム回転角速度、Daはアーム側粘性摩擦係数、fgは
重力項であり、 mは電動機回転角速度であり、mは電動機回転角加
速度であることを特徴とするロボツトにおける指令値演
算方法。
3. An arm 7 of an articulated robot having n degrees of freedom,
The position command value stored in the memory is driven by the electric motor 1 via the speed reducer 5. Is read at a predetermined sampling time interval ΔT, and the first and second differential values a, a of the read value θa are read.
The read value θa is delayed by the time ΔT, the first-order differential value a is delayed by the time ΔT / 2, and the delayed read value θa and the delayed first-order differential are calculated. Value a and second-order differential value a without delay
And are used to calculate the motor output torque command value (Nm) r, Where Jm is the moment of inertia of the motor, RG is the reduction ratio of the speed reducer 5, Dm is the viscous friction coefficient on the motor side, and f (θ) is Where Jj is the component of the inertia matrix, a is the arm rotation angular acceleration, bjk is the coefficient of the centrifugal force / Coriolis force term, and a
Is an arm rotation angular velocity, Da is an arm-side viscous friction coefficient, fg is a gravitational term, m is a motor rotation angular velocity, and m is a motor rotation angular acceleration, a command value calculation method in a robot.
【請求項4】(a)電動機1の軸に、回転速度検出器4
および回転角度検出器3が結合されるとともに減速歯車
5が結合され、該減速歯車5の出力軸がトルク伝達機構
6を介してアーム7を駆動するような構造を有する産業
用ロボットと、 (b)アーム7の加速度指令値(a)r、速度指令値
(a)rおよび位置指令値(θa)rを発生する指令
値発生手段23,25であって、 (b1)アーム7の位置指令値 をストアするメモリ23と、 (b2)メモリ23にストアされているストア位置指令値 を、予め定めたサンプリング時間間隔ΔTで読出す読出
し手段と、 (b3)読出し手段からの読出した値θaの1階および2
階の微分値a,aを演算して求める演算手段と、 (b4)読出し手段と演算手段との各出力に応答し、読出
した値θaを、時間ΔTだけ遅らせて位置指令値(θ
a)rとし、1階の微分値aを、時間ΔT/2だけ遅ら
せて速度指令値(a)rとし、遅らせていない2階の
微分値aを加速度指令値として導出する手段とを有す
る指令値発生手段23,25と、 (c)演算部15であって、前記発生手段からの加速度
(a)r、速度指令値(a)rおよび位置指令値
(θa)rから、電動機出力トルクの指令値(Nm)r
と、電動機回転角速度の指令値(m)rとの和を算出
するとともに、電動機回転速度の指令値(θm)rを算
出する演算部15と、 (d)前記回転角度の指令値(θm)rから回転角度検
出器3によって検出される電動機回転変位θmの出力を
減算する第1減算器19と、 (e)電動機電流指令値uを導出する第2減算器18と、 (f)前記電動機1の回転子、減速歯車5、トルク伝達
機構6およびアーム7によって構成される軸系をばねと
剛体とから成る系と仮定し、電動機電流指令値u、電動
機回転変位θm、および電動機回転速度mから、前記
ばねと剛体とから成る系のねじれ角度の推定値θsと、
そのねじれ角度の時間微分値の推定値sとを求める状
態観測器11と、 (g)前記ねじれ角の推定値θsと前記時間微分値の推
定値sとを加算する加算器16,17とを含み、 (h)第2減算器18は、第1減算器19のための出力と、
演算部15からの電動機出力トルクの指令値(Nm)rと、
電動機回転角速度の指令値(m)rとの前記和を加算
し、その加算値から、回転速度検出器4の出力mと加
算器16,17の出力とを減算して前記電動機電流指令値u
を導出して電動機1に与えることを特徴とする物体の位
置制御装置。
4. (a) The rotation speed detector 4 is attached to the shaft of the electric motor 1.
An industrial robot having a structure in which the rotation angle detector 3 and the reduction gear 5 are coupled, and the output shaft of the reduction gear 5 drives the arm 7 via the torque transmission mechanism 6; ) Command value generating means 23, 25 for generating an acceleration command value (a) r, a speed command value (a) r and a position command value (θa) r for the arm 7, and (b1) a position command value for the arm 7 Memory 23 that stores the value, and (b2) Store position command value stored in memory 23 With a sampling time interval ΔT set in advance, and (b3) the first and second floors of the value θa read from the reading means.
And (b4) the read value θa is delayed by the time ΔT in response to the outputs of the reading means and the calculating means, and the position command value (θ) is calculated.
a) r, a command having means for deriving the differential value a of the first floor as the speed command value (a) r by delaying it by the time ΔT / 2, and deriving the differential value a of the second floor which is not delayed as the acceleration command value. The value generating means 23, 25 and (c) the calculating section 15 calculate the motor output torque from the acceleration (a) r, the speed command value (a) r and the position command value (θa) r from the generating means. Command value (Nm) r
And a calculation unit 15 that calculates the sum of the command value (m) r of the motor rotation angular velocity and the command value (θm) r of the motor rotation speed, and (d) the command value (θm) of the rotation angle. a first subtractor 19 for subtracting the output of the motor rotational displacement θm detected by the rotation angle detector 3 from r, (e) a second subtractor 18 for deriving a motor current command value u, and (f) the motor Assuming that the shaft system composed of the rotor of No. 1, the reduction gear 5, the torque transmission mechanism 6 and the arm 7 is a system composed of a spring and a rigid body, the motor current command value u, the motor rotation displacement θm, and the motor rotation speed m. From the estimated value θs of the twist angle of the system composed of the spring and the rigid body,
A state observer 11 for obtaining an estimated value s of the time derivative of the twist angle, and (g) adders 16 and 17 for adding the estimated value θs of the twist angle and the estimated value s of the time derivative. (H) the second subtractor 18 outputs the output for the first subtractor 19,
A command value (Nm) r of the motor output torque from the calculation unit 15,
The sum of the motor rotation angular velocity command value (m) r is added, and the output m of the rotation speed detector 4 and the outputs of the adders 16 and 17 are subtracted from the added value to obtain the motor current command value u.
Is derived and applied to the electric motor 1.
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