JP2504433B2 - 柔軟マニピユレ−タの制御方法 - Google Patents
柔軟マニピユレ−タの制御方法Info
- Publication number
- JP2504433B2 JP2504433B2 JP61311539A JP31153986A JP2504433B2 JP 2504433 B2 JP2504433 B2 JP 2504433B2 JP 61311539 A JP61311539 A JP 61311539A JP 31153986 A JP31153986 A JP 31153986A JP 2504433 B2 JP2504433 B2 JP 2504433B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joint
- manipulator
- value
- target position
- control method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，柔軟マニピュレータの制御方法に係り，特
に，ハンド部を迅速に目標位置へ位置決めできるように
した柔軟マニピュレータの制御方法に関する。
に，ハンド部を迅速に目標位置へ位置決めできるように
した柔軟マニピュレータの制御方法に関する。
（従来の技術） 近年，産業用ロボットを含めたマニピュレータの普及
が目覚ましく，あらゆる分野で利用されている。
が目覚ましく，あらゆる分野で利用されている。
ところで，このようなマニピュレータの多くは片持梁
構造を採用している。このように片持梁構造を採用した
マニピュレータにあっては，少しでも外乱が加わるとア
ームが振動してしまい，これが操作性能に影響を与え
る。このため，片持梁構造のマニピュレータを設計する
に際しては，通常，各部の剛性をできるだけ高めるよう
にしている。このことが反面，マニピュレータの大重量
化を招く結果となっている。一方，今後，特に宇宙開発
へマニピュレータが応用されることを考えると，マニピ
ュレータの軽量化が重要な課題となり，アームの弾性変
形をあえて許しても軽量化しなければならない。このよ
うに軽量化すると，必然的にアームが振動し易くなるた
め，ハンド部の位置決め性能が低下して作業能率が低下
することになる。
構造を採用している。このように片持梁構造を採用した
マニピュレータにあっては，少しでも外乱が加わるとア
ームが振動してしまい，これが操作性能に影響を与え
る。このため，片持梁構造のマニピュレータを設計する
に際しては，通常，各部の剛性をできるだけ高めるよう
にしている。このことが反面，マニピュレータの大重量
化を招く結果となっている。一方，今後，特に宇宙開発
へマニピュレータが応用されることを考えると，マニピ
ュレータの軽量化が重要な課題となり，アームの弾性変
形をあえて許しても軽量化しなければならない。このよ
うに軽量化すると，必然的にアームが振動し易くなるた
め，ハンド部の位置決め性能が低下して作業能率が低下
することになる。
このようなことから，従来，アームが充分軽量化され
た片持梁構造のマニピュレータを制御するに際しては，
駆動速度に制限を設け，その範囲内でアームにできるだ
け弾性変形を生じさせないような低速度で駆動する方法
が採用されている。第２図は，このような制御方法を採
用した公知のマニピュレータ装置のブロック構成図であ
る。このマニピュレータ装置は，無重力下で使用するこ
とを前提にしているのでアームが充分軽量化されてい
る。つまり，柔軟アーム機構に構成されている。この装
置では，操縦者がハンドコントローラを用いてハンド部
の移動速度指令を送ると，この指令が速度リミッタ１に
入力される。速度リミッタ１内にはハンド部がどの程度
の質量のものをハンドリングしているかによって決まる
ハンド部移動速度の制限値がストックされている。そし
て，速度リミッタ１は指令値が上記制限内に入っている
か否かをチェックする。チェックされた指令値は演算器
２に入力される。この演算器２は，指令値と柔軟アーム
機構３の各関節角を検出する関節角検出器４の出力とを
使って各関節の駆動速度を計算する。この計算値は演算
器５に与えられる。演算器５は与えられた計算値と柔軟
アーム機構３の各関節に設けられた関節角速度検出器６
の出力とを比較し，その偏差を出力する。この偏差値は
サーボドライバ７で駆動信号に変換されて柔軟アーム機
構３の各関節を駆動するサーボモータ８へ与えられる。
た片持梁構造のマニピュレータを制御するに際しては，
駆動速度に制限を設け，その範囲内でアームにできるだ
け弾性変形を生じさせないような低速度で駆動する方法
が採用されている。第２図は，このような制御方法を採
用した公知のマニピュレータ装置のブロック構成図であ
る。このマニピュレータ装置は，無重力下で使用するこ
とを前提にしているのでアームが充分軽量化されてい
る。つまり，柔軟アーム機構に構成されている。この装
置では，操縦者がハンドコントローラを用いてハンド部
の移動速度指令を送ると，この指令が速度リミッタ１に
入力される。速度リミッタ１内にはハンド部がどの程度
の質量のものをハンドリングしているかによって決まる
ハンド部移動速度の制限値がストックされている。そし
て，速度リミッタ１は指令値が上記制限内に入っている
か否かをチェックする。チェックされた指令値は演算器
２に入力される。この演算器２は，指令値と柔軟アーム
機構３の各関節角を検出する関節角検出器４の出力とを
使って各関節の駆動速度を計算する。この計算値は演算
器５に与えられる。演算器５は与えられた計算値と柔軟
アーム機構３の各関節に設けられた関節角速度検出器６
の出力とを比較し，その偏差を出力する。この偏差値は
サーボドライバ７で駆動信号に変換されて柔軟アーム機
構３の各関節を駆動するサーボモータ８へ与えられる。
この装置では，通常，柔軟アーム機構３の振動を抑え
るためや，停止時にブレーキに加わる負荷を小さくする
ために，たとえば負荷時には無負荷時の1/10程度の速度
となるように速度リミッタ１の制限値を設定している。
また，実際の操縦に際しても，操縦者は上記制限内でも
振動が生じないように極力低速度の指令値を与えるよう
にしている。このため，マニピュレータを使用しても作
業に長時間を要し，作業能率が悪いと言う問題があっ
た。
るためや，停止時にブレーキに加わる負荷を小さくする
ために，たとえば負荷時には無負荷時の1/10程度の速度
となるように速度リミッタ１の制限値を設定している。
また，実際の操縦に際しても，操縦者は上記制限内でも
振動が生じないように極力低速度の指令値を与えるよう
にしている。このため，マニピュレータを使用しても作
業に長時間を要し，作業能率が悪いと言う問題があっ
た。
（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く，従来は，移動中にアームに弾性変形を生
じさせない低速度制御方法を採用しているので，アーム
を移動させるのに長時間を要し，作業能率が極めて悪い
と言う問題があった。
じさせない低速度制御方法を採用しているので，アーム
を移動させるのに長時間を要し，作業能率が極めて悪い
と言う問題があった。
そこで本発明は，アームを高速度で移動させることが
できるばかりかハンド部の位置決め性能も向上させるこ
とができる柔軟マニピュレータの制御方法を提供するこ
とを目的としている。
できるばかりかハンド部の位置決め性能も向上させるこ
とができる柔軟マニピュレータの制御方法を提供するこ
とを目的としている。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は，複数の自由度を有し，全体として空間リン
ク機構を構成する柔軟マニピュレータのハンド部を目標
位置へ移動制御するに際して，マニピュレータが剛体構
造であると仮定したモデルを基にして，与えられた目標
位置へマニピュレータのハンド部を移動させるに必要な
駆動トルク値を各関節部毎に算出し，これら算出値と各
関節部に発生するトルクとが一致するように各関節部を
駆動するアクチュエータをそれぞれ制御するようにした
ことを特徴としている。
ク機構を構成する柔軟マニピュレータのハンド部を目標
位置へ移動制御するに際して，マニピュレータが剛体構
造であると仮定したモデルを基にして，与えられた目標
位置へマニピュレータのハンド部を移動させるに必要な
駆動トルク値を各関節部毎に算出し，これら算出値と各
関節部に発生するトルクとが一致するように各関節部を
駆動するアクチュエータをそれぞれ制御するようにした
ことを特徴としている。
（作用） 目標位置と現在位置とが与えられると，目標位置に移
動させるのに必要な駆動ルク値が算出される。この駆動
トルク値は，たとえば目標位置と現在位置との差が大き
い程初期値が大きく，目標位置に近付くにしたがって小
さくなり，目標位置に至って零となるパターンで与えら
れる。したがって，アームは目標位置に向けて高速で移
動を開始する。移動中，アームには弾性たわみが生じ
る。しかし，本発明制御方法では，たわみによって関節
部に発生するトルク値が計算された駆動トルク値に常に
一致するようにアクチュエータの出力トルクが制御され
る。このため，目標位置に近付くと，弾性たわみも次第
に小さくなり，目標位置に至ったときには振動を生じさ
せる程の歪みエネルギがアームには蓄積されていない。
したがって，ハンド部は振動を伴うことなく目標位置に
位置決めされることになる。
動させるのに必要な駆動ルク値が算出される。この駆動
トルク値は，たとえば目標位置と現在位置との差が大き
い程初期値が大きく，目標位置に近付くにしたがって小
さくなり，目標位置に至って零となるパターンで与えら
れる。したがって，アームは目標位置に向けて高速で移
動を開始する。移動中，アームには弾性たわみが生じ
る。しかし，本発明制御方法では，たわみによって関節
部に発生するトルク値が計算された駆動トルク値に常に
一致するようにアクチュエータの出力トルクが制御され
る。このため，目標位置に近付くと，弾性たわみも次第
に小さくなり，目標位置に至ったときには振動を生じさ
せる程の歪みエネルギがアームには蓄積されていない。
したがって，ハンド部は振動を伴うことなく目標位置に
位置決めされることになる。
（実施例） 以下，図面を参照しながら実施例を説明する。第１図
は，本発明制御方法を採用したマニピュレータ装置のブ
ロック構成図である。
は，本発明制御方法を採用したマニピュレータ装置のブ
ロック構成図である。
同図において，操縦者あるいはコントローラからマニ
ピュレータ装置に対して，位置や関節角の形でハンド部
の目標値が与えられると，この目標値はトルク演算器11
に入力される。トルク演算器11は，この目標値と柔軟ア
ーム機構３の各関節角を検出する関節角検出器４の出力
とを用い柔軟アーム機構３が剛体構造であるとの仮定の
基にハンド部を目標位置に動かすのに必要な駆動トルク
値を各関節部毎に計算する。この駆動トルク値は，基本
的にはハンド部が目標位置に到達したときに零となる。
この値は目標トルク値として演算器12に与えられる。演
算器12は，各関節部毎に目標トルク値と柔軟アーム機構
３の各関節トルクを得るためのトルク検出器13の出力よ
り算出されたトルク値とをそれぞれに比較し，各関節部
に働くトルクを目標トルク値に一致させるための指令信
号をサーボドライバ７に与える。そして，サーボドライ
バ７の出力に応じて各関節部を駆動するアクチュエー
タ，つまりサーボモータ８が駆動され，これによって柔
軟アーム機構３の各関節部が回動制御されて，最終的に
ハンド部が目標位置に位置決めされる。
ピュレータ装置に対して，位置や関節角の形でハンド部
の目標値が与えられると，この目標値はトルク演算器11
に入力される。トルク演算器11は，この目標値と柔軟ア
ーム機構３の各関節角を検出する関節角検出器４の出力
とを用い柔軟アーム機構３が剛体構造であるとの仮定の
基にハンド部を目標位置に動かすのに必要な駆動トルク
値を各関節部毎に計算する。この駆動トルク値は，基本
的にはハンド部が目標位置に到達したときに零となる。
この値は目標トルク値として演算器12に与えられる。演
算器12は，各関節部毎に目標トルク値と柔軟アーム機構
３の各関節トルクを得るためのトルク検出器13の出力よ
り算出されたトルク値とをそれぞれに比較し，各関節部
に働くトルクを目標トルク値に一致させるための指令信
号をサーボドライバ７に与える。そして，サーボドライ
バ７の出力に応じて各関節部を駆動するアクチュエー
タ，つまりサーボモータ８が駆動され，これによって柔
軟アーム機構３の各関節部が回動制御されて，最終的に
ハンド部が目標位置に位置決めされる。
このように，柔軟アーム機構３が剛体構造であると仮
定して，アームのハンド部を目標位置に動かすのに必要
な駆動トルクを各関節部毎に計算で求め，各関節部に働
く実際のトルクが上記計算値に常に一致するように各関
節部を駆動するアクチュエータを制御しているので，ア
ームに発生する構造振動を抑制してハンド部を正確に目
標位置に位置決めできるばかりか目標位置に至るまでの
速度を制限する必要性をなくすことができる。したがっ
て，ハンド部を目標位置まで移動させるのに必要な時間
を短縮させることができるので，操作性を大幅に向上さ
せることができる。また，関節角検出器４やトルク検出
器13などのように一般的な検出器の使用で上述した制御
を行なわせることができるので，システムの信頼性も向
上させることができる。
定して，アームのハンド部を目標位置に動かすのに必要
な駆動トルクを各関節部毎に計算で求め，各関節部に働
く実際のトルクが上記計算値に常に一致するように各関
節部を駆動するアクチュエータを制御しているので，ア
ームに発生する構造振動を抑制してハンド部を正確に目
標位置に位置決めできるばかりか目標位置に至るまでの
速度を制限する必要性をなくすことができる。したがっ
て，ハンド部を目標位置まで移動させるのに必要な時間
を短縮させることができるので，操作性を大幅に向上さ
せることができる。また，関節角検出器４やトルク検出
器13などのように一般的な検出器の使用で上述した制御
を行なわせることができるので，システムの信頼性も向
上させることができる。
［発明の効果］ 以上述べたように，本発明によれば，システムの複雑
化や信頼性の低下を招くことなく操作性を大幅に向上さ
せ得る柔軟マニピュレータの制御方法を提供できる。
化や信頼性の低下を招くことなく操作性を大幅に向上さ
せ得る柔軟マニピュレータの制御方法を提供できる。
第１図は本発明制御方法を採用したマニピュレータ装置
のブロック構成図，第２図は従来の制御方法を採用した
マニピュレータ装置のブロック構成図である。 ３……柔軟アーム機構,4……関節角検出器,7……サーボ
ドライバ,8……サーボモータ,11……トルク演算器,12…
…演算器。
のブロック構成図，第２図は従来の制御方法を採用した
マニピュレータ装置のブロック構成図である。 ３……柔軟アーム機構,4……関節角検出器,7……サーボ
ドライバ,8……サーボモータ,11……トルク演算器,12…
…演算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 督 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−151714（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】複数の自由度を有し，全体として空間リン
ク機構を構成する柔軟マニピュレータのハンド部を目標
位置へ移動制御するに際して，マニピュレータが剛体構
造であると仮定したモデルを基にして，与えられた目標
位置へマニピュルータのハンド部を移動させるに必要な
駆動トルク値を各関節部毎に算出し，これら算出値と各
関節部に発生するトルクとが一致するように各関節部を
駆動するアクチュエータをそれぞれ制御するようにした
ことを特徴とする柔軟マニピュレータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61311539A JP2504433B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 柔軟マニピユレ−タの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61311539A JP2504433B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 柔軟マニピユレ−タの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63162182A JPS63162182A (ja) | 1988-07-05 |
| JP2504433B2 true JP2504433B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=18018451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61311539A Expired - Lifetime JP2504433B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 柔軟マニピユレ−タの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504433B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7391523B2 (ja) * | 2019-03-22 | 2023-12-05 | キヤノン株式会社 | 制御装置、ロボットシステム、制御方法、物品の製造方法、プログラム、及び記録媒体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115714A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-23 | Kensetsusho Kanto Chiho Kensetsu Kyokucho | オ−トストレ−ナ |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP61311539A patent/JP2504433B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63162182A (ja) | 1988-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |