JP2659799B2 - 柔軟マニピュレータの位置決め制御方法 - Google Patents
柔軟マニピュレータの位置決め制御方法Info
- Publication number
- JP2659799B2 JP2659799B2 JP10026489A JP10026489A JP2659799B2 JP 2659799 B2 JP2659799 B2 JP 2659799B2 JP 10026489 A JP10026489 A JP 10026489A JP 10026489 A JP10026489 A JP 10026489A JP 2659799 B2 JP2659799 B2 JP 2659799B2
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- Japan
- Prior art keywords
- angle
- signal
- arm
- compensation control
- control system
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- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、たとえば低剛性多関節構造を有するロボッ
トアーム、宇宙用マニピュレータ、クレーン等の柔軟マ
ニピュレータに適用される位置決め制御方法に関する。
トアーム、宇宙用マニピュレータ、クレーン等の柔軟マ
ニピュレータに適用される位置決め制御方法に関する。
＜従来の技術＞ 従来におけるロボットアーム等の制御にあっては、第
３図に示すように、各関節軸独立に角度信号、角速度信
号のみをフィードバックする制御方法がある。すなわ
ち、アームの関節軸Ａはモータ１及びその角度検出手段
２、角速度検出手段３により構成され、各々モータ角度
信号θ1,θ２及びモータ角速度信号1,２を出力す
る。
３図に示すように、各関節軸独立に角度信号、角速度信
号のみをフィードバックする制御方法がある。すなわ
ち、アームの関節軸Ａはモータ１及びその角度検出手段
２、角速度検出手段３により構成され、各々モータ角度
信号θ1,θ２及びモータ角速度信号1,２を出力す
る。
位置速度補償制御系14は、角度検出手段２による角度
信号θ1,θ２と角度目標値θ1ref,θ2refとの減算手段
５を介して得られる角度偏差信号θ1ref−θ1,θ2ref−
θ２と、角速度信号1,２とを入力とし、各入力に比
例した信号から減算手段６を介して得られるトルク指令
値u1,u2をサーボドライバ13に出力するものである。
信号θ1,θ２と角度目標値θ1ref,θ2refとの減算手段
５を介して得られる角度偏差信号θ1ref−θ1,θ2ref−
θ２と、角速度信号1,２とを入力とし、各入力に比
例した信号から減算手段６を介して得られるトルク指令
値u1,u2をサーボドライバ13に出力するものである。
また、第４図に示すように、柔軟性補償制御系のみに
より構成される制御方法もある。すなわち、アームの関
節軸Ａはモータ１及びその角度検出手段２、角速度検出
手段３により構成され、各々モータ角度信号θ1,θ２及
びモータ角速度信号1,２を出力する。また、アーム
の根元部位にはアームたわみ検出手段（例えば歪セン
サ）４が装着され、アームたわみ信号ε1,ε２を出力す
る。
より構成される制御方法もある。すなわち、アームの関
節軸Ａはモータ１及びその角度検出手段２、角速度検出
手段３により構成され、各々モータ角度信号θ1,θ２及
びモータ角速度信号1,２を出力する。また、アーム
の根元部位にはアームたわみ検出手段（例えば歪セン
サ）４が装着され、アームたわみ信号ε1,ε２を出力す
る。
柔軟性補償制御系７は角度検出手段２と角度目標値θ
1ref,θ2refから減算手段５を介して得られる角度偏差
信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２、及び角速度検出手段
３、アームたわみ検出手段４を入力とし、まず、カルマ
ンフィルタ手段８により内部状態量９を推定し、次に内
部状態量９を入力としてカルマンフィルタと共に最適制
御を行なうための最適レギュレータ手段10によりトルク
指令値u1,u2をサーボドライバ13に出力するものであ
る。
1ref,θ2refから減算手段５を介して得られる角度偏差
信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２、及び角速度検出手段
３、アームたわみ検出手段４を入力とし、まず、カルマ
ンフィルタ手段８により内部状態量９を推定し、次に内
部状態量９を入力としてカルマンフィルタと共に最適制
御を行なうための最適レギュレータ手段10によりトルク
指令値u1,u2をサーボドライバ13に出力するものであ
る。
＜発明が解決しようとする課題＞ 従来例の一つにみられる第３図に示す各関節軸独立に
角度信号、角速度信号のみをフィードバックする制御方
法では、起動及び位置決め時にアーム曲げ振動が発生
し、作業効率が低下するという問題がある。
角度信号、角速度信号のみをフィードバックする制御方
法では、起動及び位置決め時にアーム曲げ振動が発生
し、作業効率が低下するという問題がある。
すなわち、第５図は位置決め制御時の根元軸の角度の
時間応答特性である（ａ）と、根元軸のアームたわみの
時間応答特性である（ｂ）とを示しており、これら図に
示すように、根元軸の角度が目標位置に円滑に到達せ
ず、アームたわみ信号のフィードバックがないのでアー
ム曲げ振動が発生し、位置決めに要する時間が長くな
る。
時間応答特性である（ａ）と、根元軸のアームたわみの
時間応答特性である（ｂ）とを示しており、これら図に
示すように、根元軸の角度が目標位置に円滑に到達せ
ず、アームたわみ信号のフィードバックがないのでアー
ム曲げ振動が発生し、位置決めに要する時間が長くな
る。
また、いまひとつの従来例にみられる第４図に示す最
適制御系であるカルマンフィルタ手段と最適レギュレー
タ手段を用いた柔軟性補償制御系のみの制御方法では、
ゲインを高くすると、アーム曲げ振動高次モードのスピ
ルオーバー等の要因により逆にアーム曲げ振動を励起し
てしまうおそれがあるためゲインはあまり高く設定でき
ない。しかし、ゲインを低目に押えると関節まさつ等の
位置決め定常特性に与える悪影響が大きくなり、位置決
め精度が低下する。すなわち、第５図と同様の特性であ
る第６図において、低ゲインの柔軟補償制御系７を有す
るため、第６図（ｂ）にみられるように位置決め時のア
ーム曲げ振動は抑制されているが、スピルオーバーを励
起しないようゲインを低く抑えているため定常特性が悪
化し、第６図（ａ）にみられるように定常偏差が発生す
る。
適制御系であるカルマンフィルタ手段と最適レギュレー
タ手段を用いた柔軟性補償制御系のみの制御方法では、
ゲインを高くすると、アーム曲げ振動高次モードのスピ
ルオーバー等の要因により逆にアーム曲げ振動を励起し
てしまうおそれがあるためゲインはあまり高く設定でき
ない。しかし、ゲインを低目に押えると関節まさつ等の
位置決め定常特性に与える悪影響が大きくなり、位置決
め精度が低下する。すなわち、第５図と同様の特性であ
る第６図において、低ゲインの柔軟補償制御系７を有す
るため、第６図（ｂ）にみられるように位置決め時のア
ーム曲げ振動は抑制されているが、スピルオーバーを励
起しないようゲインを低く抑えているため定常特性が悪
化し、第６図（ａ）にみられるように定常偏差が発生す
る。
そこで、本発明は、アームの曲げ振動が生じて位置決
め時間が長くなったり、定常特性の悪化による位置決め
精度の低下を除去し、短時間で高精度の位置決め精度を
得る柔軟マニピュレータの位置決め制御方法を提供す
る。
め時間が長くなったり、定常特性の悪化による位置決め
精度の低下を除去し、短時間で高精度の位置決め精度を
得る柔軟マニピュレータの位置決め制御方法を提供す
る。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明の構成は、アームが柔軟性を有するマニピュレ
ータの関節部の角度検出手段と角速度検出手段とによる
角度信号及び角速度信号を入力し更に上記アームのたわ
みを検出するたわみ検出手段によるたわみ信号を入力
し、カルマンフィルタと最適レギュレータ手段とによる
最適制御系にて関節トルク指令信号を出力する柔軟性補
償制御系と、上記マニピュレータの関節部の角度検出手
段による角度信号を入力し可変ゲイン手段により関節補
償トルク指令信号を出力する位置偏差補償制御系とを有
し、通常行なう上記柔軟性補償制御に加え目標値付近で
は位置偏差補償制御を合わせて行なうようにしたことを
特徴とする。
ータの関節部の角度検出手段と角速度検出手段とによる
角度信号及び角速度信号を入力し更に上記アームのたわ
みを検出するたわみ検出手段によるたわみ信号を入力
し、カルマンフィルタと最適レギュレータ手段とによる
最適制御系にて関節トルク指令信号を出力する柔軟性補
償制御系と、上記マニピュレータの関節部の角度検出手
段による角度信号を入力し可変ゲイン手段により関節補
償トルク指令信号を出力する位置偏差補償制御系とを有
し、通常行なう上記柔軟性補償制御に加え目標値付近で
は位置偏差補償制御を合わせて行なうようにしたことを
特徴とする。
＜作用＞ 従来の柔軟性補償制御に加え、目標位置近辺では位置
補償制御を行うものであり、位置補償制御は、目標位置
と現在位置との偏差の絶対値がある一定値以下になると
作動を開始し、位置偏差に比例したトルク指令を発生す
る。そして、このトルク指令は柔軟性補償制御系の発生
するトルク指令に加え合わされて関節アクチュエータに
印加される。この結果、位置補償制御により、目標位置
へ迅速かつ正確に到達できるようになる。また位置補償
制御が行われている間も、柔軟性補償制御が並行して行
われているため、位置決め時のアーム曲げ振動は抑制さ
れる。
補償制御を行うものであり、位置補償制御は、目標位置
と現在位置との偏差の絶対値がある一定値以下になると
作動を開始し、位置偏差に比例したトルク指令を発生す
る。そして、このトルク指令は柔軟性補償制御系の発生
するトルク指令に加え合わされて関節アクチュエータに
印加される。この結果、位置補償制御により、目標位置
へ迅速かつ正確に到達できるようになる。また位置補償
制御が行われている間も、柔軟性補償制御が並行して行
われているため、位置決め時のアーム曲げ振動は抑制さ
れる。
＜実 施 例＞ ここで、第１図および第２図を参照して本発明の実施
例を説明する。第１図は全体の構成図であり、第３図、
第４図と同一部分には同符号を付す。
例を説明する。第１図は全体の構成図であり、第３図、
第４図と同一部分には同符号を付す。
アームの関節軸Ａはモータ１及びその角度検出手段
２、角速度検出手段３より構成され、各々モータ角度信
号θ1,θ２及びモータ角速度信号1,２を出力する。
またアームの根元部位にはアームたわみ検出手段（例え
ば歪センサ）４が装着され、アームたわみ信号ε1,ε２
を出力する。
２、角速度検出手段３より構成され、各々モータ角度信
号θ1,θ２及びモータ角速度信号1,２を出力する。
またアームの根元部位にはアームたわみ検出手段（例え
ば歪センサ）４が装着され、アームたわみ信号ε1,ε２
を出力する。
柔軟性補償制御系７は角度検出手段２と角度目標値θ
1ref,θ2refから減算手段５を介して得られる角度偏差
信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２が入力され、更に角速度
検出手段3,アームたわみ検出手段４による角速度信号
1,２、たわみ信号ε1,ε２を入力とし、まずカルマン
フィルタ手段８により内部状態量９を推定し、次に内部
状態量９を入力とし最適レギュレータ手段10により各関
節へのトルク指令値u1,u2を出力する。
1ref,θ2refから減算手段５を介して得られる角度偏差
信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２が入力され、更に角速度
検出手段3,アームたわみ検出手段４による角速度信号
1,２、たわみ信号ε1,ε２を入力とし、まずカルマン
フィルタ手段８により内部状態量９を推定し、次に内部
状態量９を入力とし最適レギュレータ手段10により各関
節へのトルク指令値u1,u2を出力する。
一方、位置偏差補償制御系11は角度偏差信号θ1ref−
θ1,θ2ref−θ２を入力とし、この角度偏差信号θ1ref
−θ1,θ2ref−θ２の絶対値が一定値以下になると、角
度偏差信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２に比例した各関節
軸Ａへの補償トルク指令値u1′,u2′を出力する。トル
ク指令値u1,u2及び補償トルク指令値u1′,u2′は加算手
段12を介して、アームの各関節部のモータ１をドライブ
するサーボドライバ13に出力される。
θ1,θ2ref−θ２を入力とし、この角度偏差信号θ1ref
−θ1,θ2ref−θ２の絶対値が一定値以下になると、角
度偏差信号θ1ref−θ1,θ2ref−θ２に比例した各関節
軸Ａへの補償トルク指令値u1′,u2′を出力する。トル
ク指令値u1,u2及び補償トルク指令値u1′,u2′は加算手
段12を介して、アームの各関節部のモータ１をドライブ
するサーボドライバ13に出力される。
かかる方法により、第２図に示す位置決め制御時根元
軸の角度の時間応答性及び根元軸のアームたわみの時間
応答性を（ａ）（ｂ）に示す。第２図（ａ）により目標
位置に迅速かつ正確に到達していることがわかり、また
第２図（ｂ）により位置決め時の振動が抑制されている
のがわかる。
軸の角度の時間応答性及び根元軸のアームたわみの時間
応答性を（ａ）（ｂ）に示す。第２図（ａ）により目標
位置に迅速かつ正確に到達していることがわかり、また
第２図（ｂ）により位置決め時の振動が抑制されている
のがわかる。
＜発明の効果＞ 以上実施例にて説明したように本発明によれば、マニ
ピュレータの起動及び位置決め時のアーム曲げ振動が抑
制され、位置決めに要する時間が短縮されると共に位置
決め精度も向上した。
ピュレータの起動及び位置決め時のアーム曲げ振動が抑
制され、位置決めに要する時間が短縮されると共に位置
決め精度も向上した。
第１図は本発明の一実施例方法の説明のための全体構成
図、第２図（ａ）（ｂ）は位置決め制御を行なった場合
の時間応答特性図、第３図、第４図はそれぞれ従来例の
説明のための全体構成図、第５図、第６図は従来におけ
る位置決め制御を行なった場合の時間応答特性図であ
る。 図中、 １はモータ、 ２は角度検出手段、 ３は角速度検出手段、 ４はアームたわみ検出手段、 5,6は減算手段、 ７は柔軟性補償制御系、 Ａは関節軸、 Ｂは先端負荷、 ８はカルマンフィルタ手段、 ９は内部状態量、 10は最適レギュレータ手段、 11は位置偏差補償制御系、 12は加算手段、 13はサーボドライバ、 14は位置速度補償制御系である。
図、第２図（ａ）（ｂ）は位置決め制御を行なった場合
の時間応答特性図、第３図、第４図はそれぞれ従来例の
説明のための全体構成図、第５図、第６図は従来におけ
る位置決め制御を行なった場合の時間応答特性図であ
る。 図中、 １はモータ、 ２は角度検出手段、 ３は角速度検出手段、 ４はアームたわみ検出手段、 5,6は減算手段、 ７は柔軟性補償制御系、 Ａは関節軸、 Ｂは先端負荷、 ８はカルマンフィルタ手段、 ９は内部状態量、 10は最適レギュレータ手段、 11は位置偏差補償制御系、 12は加算手段、 13はサーボドライバ、 14は位置速度補償制御系である。
Claims (1)
- 【請求項１】アームが柔軟性を有するマニピュレータの
関節部の角度検出手段と角速度検出手段とによる角度信
号及び角速度信号を入力し更に上記アームのたわみを検
出するたわみ検出手段によるたわみ信号を入力し、カル
マンフィルタと最適レギュレータ手段とによる最適制御
系にて関節トルク指令信号を出力する柔軟性補償制御系
と、 上記マニピュレータの関節部の角度検出手段による角度
信号を入力し可変ゲイン手段により関節補償トルク指令
信号を出力する位置偏差補償制御系とを有し、 通常行なう上記柔軟性補償制御に加え目標値付近では位
置偏差補償制御を合わせて行なうようにした柔軟マニピ
ュレータの位置決め制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10026489A JP2659799B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 柔軟マニピュレータの位置決め制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10026489A JP2659799B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 柔軟マニピュレータの位置決め制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02279290A JPH02279290A (ja) | 1990-11-15 |
| JP2659799B2 true JP2659799B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=14269347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10026489A Expired - Lifetime JP2659799B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 柔軟マニピュレータの位置決め制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2659799B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104199297B (zh) * | 2014-08-12 | 2017-03-29 | 清华大学深圳研究生院 | 一种引入挠性附件振动量的空间机器人关节轨迹规划方法 |
-
1989
- 1989-04-21 JP JP10026489A patent/JP2659799B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02279290A (ja) | 1990-11-15 |
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