JP2749724B2 - 推定外乱による衝突検出方法 - Google Patents
推定外乱による衝突検出方法Info
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Description
動される可動部の衝突検出方法に関し、特にロボット等
でのオブザーバを使用した推定外乱による衝突検出方法
に関する。
障害物に衝突すると、機構的な破損等の2次災害、ある
いは安全のために、早期に衝突を検出して、サーボモー
タを停止させる必要がある。このような例として、本出
願人による特願平1−334967号(オブザーバを用
いた衝突検出方法)がある。この出願では、衝突による
トルク変動を外乱トルクとみなして、外乱推定オブザー
バにより、アームの衝突を検出している。すなわち、外
乱トルクが一定以上になったら衝突とみなして衝突を検
出して、アラームを出力し、速度指令を0にしている。
速度指令を0にすることによりモータに停止トルクを発
生させる。
は、衝突による外乱トルクのみでなく、摩擦、重力、あ
るいは他軸の干渉による外乱トルクが含まれる。これら
の外乱トルクはロボットの速度、姿勢等によって大きく
変化する。従って、単に外乱トルクのみから衝突を検出
するとこれらの摩擦等による外乱トルクによって誤って
衝突を検出してしまう。逆に、これらの摩擦等の外乱ト
ルクによるマージンを大きくとると、実際の衝突が検出
できなくなる場合がある。本発明はこのような点に鑑み
てなされたものであり、より確実に衝突を検出できる推
定外乱による衝突検出方法を提供することを目的とす
る。
決するために、サーボモータによって駆動される可動部
が障害物と衝突したことを推定外乱によって検出する推
定外乱による衝突検出方法において、前記サーボモータ
のトルク指令及び速度から前記可動部にかかる推定外乱
トルクを推定し、少なくとも摩擦トルク、重力トルク、
他軸の干渉トルクの1つを含む既知外乱トルクを計算
し、前記推定外乱トルクから、前記既知外乱トルクを引
いた差分外乱トルクを求め、前記差分外乱トルクによっ
て、前記可動部の衝突を検出することを特徴とする推定
外乱による衝突検出方法が、提供される。
を推定する。推定外乱トルクは摩擦、重力トルク、他軸
の干渉トルク等の外乱トルク及び衝突による外乱トルク
を含む。一方、可動部が本来有する摩擦トルク、重力ト
ルク、他軸の干渉トルク等の既知外乱トルクを計算す
る。既知外乱トルクは可動部の速度、姿勢が決まれば一
般に計算できる。推定外乱トルクから既知外乱トルクを
引いた差分外乱トルクは、ほぼ衝突による外乱トルクの
みとなる。従って、外乱トルクによって衝突を検出すれ
ば、可動部の速度、姿勢等と無関係に衝突を確実に検出
できる。
明する。図2は本発明を実施するためのロボットシステ
ムのハードウェアの構成図である。ホストプロセッサ9
はロボット全体を制御するプロセッサである。ホストプ
ロセッサ9からはロボットの位置指令が共有RAM10
に書き込まれる。なお、ホストプロセッサ9に結合され
るROM、RAM等は省略してある。ロボットに内蔵さ
れたサーボモータ22を制御するDSP(ディジタル・
シグナル・プロセッサ)11はROM12のシステムプ
ログラムに従って、共有RAM10の位置指令を一定時
間ごとに読み取る。DSP11は、この位置指令とサー
ボモータ22に内蔵されたパルスコーダ23からの位置
フィードバックとの差分による位置偏差を求める。この
位置偏差に比例した速度指令を出力する。また、位置フ
ィードバックを微分して、サーボモータ22の速度を求
める。この速度指令と速度から速度ループを形成する。
また、速度ループからの速度指令を電流指令に変換し
て、電流指令とサーボモータ22の電流から電流ループ
を形成する。電流ループから電流指令が出力され、これ
からサーボモータ22を駆動するためのPWM波形を生
成して、DSL(ディジタル・サーボ・LSI)14経
由でサーボアンプ21に送る。サーボアンプ21はPW
M指令を受けて、サーボモータ22を駆動する。サーボ
モータ22は減速機を介して、アーム26を駆動する。
サーボモータ22にはパルスコーダ23が内蔵されてお
り、位置フィードバックとしての帰還パルスをDSL1
4経由でDSP11に帰還する。さらに、DSP11は
後述するように外乱トルクの推定、既知トルクの計算等
の機能を果たす。
式を示す図であり、図3(A)はサーボ系のブロック
図、図3(B)はサーボ系の状態方式を示す図である。
電流U1はトルク定数Ktを有する要素31に入力され
る。要素31の出力はサーボモータ22を駆動する駆動
トルクとなる。これに外乱トルクX2が加算器32で加
算される。加算器32の出力はサーボモータ22とロボ
ットのアーム26等を含めたイナーシャJを有する要素
33に入力される。要素33の出力は加速度X1(1) と
なる。この加速度X1(1) は積分要素34で積分され、
速度X1となる。図3(B)は図3(A)の状態方程式
である。図3(B)に示す状態方程式からX1,X2を
推定する同一次元オブザーバを組み外乱トルクを推定す
る。
法を実施するためのブロック図である。このブロック図
の処理は図2に示したDSP11によって処理される。
電流U1は要素41に入力され、サーボモータ22(図
2)の出力トルクとなる。サーボモータ22の出力トル
クには演算要素42によって、外乱トルクX2が加えら
れる。演算要素42の出力は要素43によって、速度X
1となる。ここで、Jはサーボモータ22及びアーム2
6を含むイナーシャである。
れる。オブザーバ50は電流U1(トルク指令)とサー
ボモータ22の速度X1から、推定速度XX1を求め、
サーボモータ22の速度を制御する。ここでは、これら
のサーボモータ22の速度制御については、省略し、外
乱トルクを推定するための演算のみを説明する。電流U
1は要素51で(Kt/J)をかけ、演算要素52へ出
力される。演算要素52では、後述する演算要素54か
らの帰還を加え、さらに、演算要素53で演算要素55
からの帰還を加算する。演算要素52及び53の出力単
位は加速度である。演算要素53の出力は積分要素56
に入力され、推定速度XX1として出力される。推定速
度XX1と実速度X1との差を演算要素57で求め、そ
れぞれ、演算要素54及び55に帰還する。ここで、比
例要素54はゲインK1を有する。積分要素55のゲイ
ンはK2である。ここで、ゲインK1とゲインK2によ
って、帰還すべき周波数帯域が決められる。
2をJで除した推定加速度(XX2/J)であり、比例
要素61によって、電流値に変換される。ただし、トル
ク表示をするために、この電流値を推定外乱トルクTd
で表示する。ここで、Jは先の要素43のJと同じサー
ボモータ22及びアーム26のイナーシャの合計であ
り、Ktは要素41のトルク定数と同じである。Aは係
数であり、1以下の数値であり、推定加速度(XX2/
J)を補正するための係数である。すなわち、1とすれ
ば推定加速度(XX2/J)が100%帰還される。
トの姿勢から決められる既知外乱トルクTfを求める。
既知外乱トルクTfには、摩擦トルク、重力の影響によ
るトルク、他軸(アーム)の干渉によるトルクが含まれ
る。これらの既知外乱トルクTfはサーボモータ22の
速度及びロボットの姿勢が決まれば計算できる。例え
ば、摩擦トルクは静摩擦トルクと、速度に比例する動摩
擦トルクの和として計算できる。また、重力の影響によ
るトルク及び他の軸の干渉によるトルクはホストプロセ
ッサ9によって、予め用意されたパラメータから計算す
ることができる。ただし、既知外乱トルクTfの単位も
電流である。
Tfを引くと、障害物との接触、衝突等の外乱トルクT
nが求められる。この外乱トルクTnは既知外乱トルク
Tfを含んでいないので、既知外乱トルクTf等のマー
ジンを取る必要はなくなる。従って、実際の衝突のとき
に発生する外乱トルクに近い値となる。この外乱トルク
Tnを比較器63で予め決めた基準のトルクTeと比較
し、外乱トルクTnが基準トルクTeを越えたら、衝突
を検出したものとし、アラームとする。さらに速度指令
も同時に0にして、サーボモータ22を急停止する。こ
の外乱トルクTnは既知外乱トルクTfを含まないの
で、基準トルクTeの値は小さくとることができ、衝突
を正確に検出できる。
法のフローチャートである。図において、Sに続く数値
はステップ番号を示す。これらの処理は図2のDSP1
1によって処理される。 〔S1〕電流ループによって、電流指令値を計算し、電
流U1が出力される。 〔S2〕オブザーバ50によって、推定外乱トルクTd
を推定する。 〔S3〕既知外乱トルクTfを計算する。既知外乱トル
クTfは先に説明したように、サーボモータ22の速
度、アーム26の姿勢等によって計算される。 〔S4〕推定外乱トルクTdから既知外乱トルクTfを
引いて、外乱トルクTnを求める。 〔S5〕外乱トルクTnと予め決められた基準トルクT
eを比較し、外乱トルクTnが基準トルクTeを越えた
ときは、衝突を検出したものとして、S6へ進む。 〔S6〕衝突を検出したので、アラームを出力し、速度
指令を0にする。
トルクを引いた外乱トルクを基準トルクと比較して、衝
突を検出するようにしたので、サーボモータの速度、ロ
ボットの姿勢等による影響がなく、基準トルクの値を小
さく選択でき、より正確に衝突を検出することができ
る。
が、数値制御工作機械の可動部等にも適用できる。ただ
し、数値制御工作機械の場合は既知トルクとして他の軸
による干渉は殆ど考える必要はない。一方、切削中の衝
突等を検出するときは、切削負荷等も考慮する必要があ
る。
乱トルクから計算可能な既知外乱トルクを引いた差分外
乱トルクを基準トルクと比較して、衝突を検出するよう
にしたので、衝突が可動部の速度、姿勢に無関係に確実
に検出できる。
チャートである。
ードウェアの構成図である。
方程式を示す図であり、図3(A)はサーボ系のブロッ
ク図、図3(B)はサーボ系の状態方式を示す図であ
る。
るためのブロック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 サーボモータによって駆動される可動部
が障害物と衝突したことを推定外乱によって検出する推
定外乱による衝突検出方法において、前記サーボモータのトルク指令及び速度から前記可動部
にかかる推定 外乱トルクを推定し、 少なくとも摩擦トルク、重力トルク、他軸の干渉トルク
の1つを含む既知外乱トルクを計算し、 前記推定外乱トルクから、前記既知外乱トルクを引いた
差分外乱トルクを求め、 前記差分外乱トルクによって、前記可動部の衝突を検出
することを特徴とする推定外乱による衝突検出方法。 - 【請求項2】 前記可動部はロボットのアームであるこ
とを特徴とする請求項1記載の推定外乱による衝突検出
方法。 - 【請求項3】 前記推定外乱トルクはオブザーバによっ
て求めることを特徴とする請求項1記載の推定外乱によ
る衝突検出方法。 - 【請求項4】 前記衝突を検出したときは、アラームを
出力し、速度指令を0にすることによりモータに停止ト
ルクを発生することを特徴とする請求項1記載の推定外
乱による衝突検出方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP3015932A JP2749724B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 推定外乱による衝突検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3015932A JP2749724B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 推定外乱による衝突検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04242406A JPH04242406A (ja) | 1992-08-31 |
JP2749724B2 true JP2749724B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=11902548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3015932A Expired - Lifetime JP2749724B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 推定外乱による衝突検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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JP6753836B2 (ja) | 2017-11-28 | 2020-09-09 | ファナック株式会社 | ロボットとその衝突検知方法 |
-
1991
- 1991-01-16 JP JP3015932A patent/JP2749724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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