JP2759514B2 - 多軸機構の制御方法及び装置 - Google Patents

多軸機構の制御方法及び装置

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JP2759514B2 JP1212658A JP21265889A JP2759514B2 JP 2759514 B2 JP2759514 B2 JP 2759514B2 JP 1212658 A JP1212658 A JP 1212658A JP 21265889 A JP21265889 A JP 21265889A JP 2759514 B2 JP2759514 B2 JP 2759514B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直接駆動多関節形ロボット等のごとき多軸
機構の制御方法及び装置に係り、特に、多軸機構を速度
制御もしくは位置制御して駆動する際に、高い動作軌跡
精度をうるに好適な速度指令もしくは位置指令及び駆動
力指令を生成する技術に関する。
〔従来の技術〕
多軸機構は、直列軸連結形と並列軸連結形とに分類で
きる。かかる多軸機構の制御においては、軸間干渉によ
り動作軌跡の精度が影響されることから、軸間干渉の除
去が問題となっている。
直列軸連結形の多軸機構としては、従来、例えば電
気学会論文誌D編107巻第1号(1987年)第1頁〜第8
頁に記載されたものが知られている。同文献によれば、
遠心力等の非線形作用力が小さい複数の駆動軸からなる
機構において、各軸の駆動力指令を各々定数倍し、これ
を加算して新たな駆動力指令をソフトウエア的に生成す
ることにより軸間干渉除去を行う方法が論じられてい
る。
また、特開昭61−169905号公報に多関節形ロボット
の動作軌跡精度を高めるため、位置制御系の伝達特性の
逆特性を位置指令に乗算して修正位置指令を生成するこ
とにより、軸間干渉除去と応答遅れの打ち消しをはかる
方法が述べられている。
また、特開昭64−20988号公報に、並列軸連結形直
接駆動多関節形ロボットの動作軌跡精度を高めるため、
機構的又は、制御的に非線形作用力の除去と軸間干渉の
除去を行う方法が述べられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、直列軸連結形多軸機構に関する上記の
従来技術は、非線形作用力に対する補償がなされてい
ない。したがって、高速動作時に作用する遠心力等の非
線形作用力が大きい条件下では、軸間干渉を除去するこ
とができない。このため、高速動作時の動作軌跡精度を
高められないという問題がある。
また、位置指令の逆伝達特性補償を行う上記従来技術
は、軸間干渉が存在する駆動系では逆伝達関数が複雑
な式になる。このため、逆伝達特性補償演算に多くの演
算時間を要し、制御系のサンプル周期を短くできず、制
御が粗くなって動作軌跡精度を高められないという問題
がある。
他方、並列軸連結形の従来技術によれば、リンクや
ベルト等の動力伝達部材を介して動力を伝達する構成を
有することから、駆動装置の負荷イナーシャは低減でき
る。しかし、動力伝達誤差が大きいため、上記従来技術
のような動作指令生成方法では、動作軌跡精度向上に
一定の限界がある。
本発明の目的は、軸間干渉と非線形作用を除去し、ま
た低速域から高速域までの広い範囲にわたってサンプリ
ング周期を短縮化し、動作軌跡精度を向上させることが
できる多軸機構の制御方法及び装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の制御方法は、複数
の駆動軸が連関してなる多軸機構の制御方法において、
各軸の駆動力指令に制御対象軸との軸間干渉除去ゲイン
を乗じてその総和を当該対象軸の修正駆動指令とする一
方、各対象軸の速度又は位置指令に速度又は位置制御系
の逆伝達関数を乗じて対象軸の修正速度又は修正位置指
令とすることを特徴とする。
さらに、具体的には、駆動軸数もしくは主要干渉軸数
をnとしたとき、各軸の速度指令ir(但し、i=1,…
…n、以下同じ)と速度出力の偏差を基に各軸駆動
力指令τを生成し、この各軸駆動力指令τと軸間干
渉除去ゲインαjiの積和としてj軸修正駆動力指令 を生成し、速度制御モードのときは速度制御系の周波数
(s)領域又は離散時間(z)領域における駆動軸間閉
ループ伝達関数[Gji(s)]又は[Gji(z)]と、速
度指令交流 と非線形力項を考慮した直流成分njrから、下式 に基づき修正速度指令を生成し、位置制御モードのとき
は、位置制御系の周波数(s)領域又は離散時間(z)
領域における駆動軸間閉ループ伝達関数[Pji(s)]
又は[Pji(z)]と、位置指令交流成分 と直流成分θnjrから、下式 に基づき修正位置指令を生成することを特徴とする。
なお、前記速度の直流成分njrと位置の直流成分θ
njrを前回サンプル時の検出量とし、この検出量と今回
指令値との偏差をそれぞれ交流成分とし、交流成分ラプ
ラス又はZ変換量を偏差のステップ関数として表現する
ことが望ましい。
また、各軸の駆力指令が一定のしきい値を越えたと
き、前記軸間干渉除去ゲインをαjj=1,αji
=0に設定するとともに、速度又は位置指令を に設定することが望ましい。
また、前記軸間干渉除去ゲインの軸間角と負荷条件に
対する最適値をテーブル化して記憶し、軸間角と負荷の
検出値に基づき最適軸間干渉除去ゲインを設定すること
が望ましい。
また、各軸間角と負荷条件に対する最適軸間干渉除去
ゲインを設定するに当り、軸間角と負荷検出値から理論
的に求められる軸間干渉除去ゲイン値近傍で複数段階に
変化させ、速度制御系又は位置制御系の制御対象軸jに
対する他の軸i伝達特性[Gji]を求め、応答周波数帯
域において下式(但しεはしきい値) が成立するように軸間干渉除去ゲインを設定することが
望ましい。
上記制御方法を実現する本発明の多軸機構の制御装置
は、次の構成とすることができる。
すなわち、軸間干渉除去部と位置又は速度の修正指令
生成部と中央処理部とを含んでなり、軸間干渉除去部は
駆動力指令生成部の後段に配置され、干渉除去に当り必
要な軸間干渉除去ゲインαji(後述の(6)式参照)の
演算に必要な状態量(軸間角、負荷)は検出器により検
出され、中央処理部でαjiが実時間設定される。軸間干
渉除去部は軸間干渉除去ゲインαjiと駆動力指令τ
乗算及び軸毎の加算 をディジタル演算もしくはアナログ演算により行い、修
正駆動力指令▲τ ▼を生成する。この修正駆動力指
令▲τ ▼をD/A変換部又は増幅部を介して各軸の駆
動装置に出力する構成となる。
また、速度又は位置の修正指令生成部は、中央処理部
内で速度指令値又は位置指令値を基に後述の(13)式又
は(18)式に基づきディジタル演算を行い、修正速度指
令又は修正位置指令を生成する。
〔作用〕
このように構成されることから、本発明の制御方法に
よれば、次の作用により上記目的が達成される。
すなわち、基本的に、駆動力指令生成に係る軸間干渉
除去において、各軸の駆動力指令に制御対象軸との軸間
干渉除去ゲインを乗じてその総和(積和)を求め、これ
を対象軸の修正駆動力指令とする。これにより、まず、
駆動制御部の伝達関数を簡素化できるとともに、非線形
作用力に因る軸間干渉成分(非線形干渉成分)は除去さ
れないが、線形干渉成分は除去できる。次に、このよう
にして簡素化された速度又は位置制御系の伝達関数の逆
特性(逆伝達関数)を求め、この逆伝達関数を速度又は
位置指令に乗じて修正処理を施すことにより、上記非線
形干渉成分を打ち消した修正指令が生成されることにな
る。この結果、軸間干渉及び非線形作用が有効に除去さ
れるとともに、逆伝達関数が簡略化されるので演算処理
時間が短縮され、これによりサンプリング周期を高密化
できることから、低速から高速まで高精度の動作軌跡を
得ることが可能になる。
ここで、本発明の制御方法及び装置についての原理を
説明する。
多軸機構においては、前述したように、駆動軸間に干
渉作用や非線形作用があり、これらを除去することによ
り動作軌跡精度を向上できる。ここでは、多軸機構の運
動を、駆動軸の回転運動に代表させて説明する。
一般に、対象とする駆動軸j(j=1,2,……,n)の駆
動力指令τ、駆動力変換定数KTjと駆動軸位置θ
速度、加速度の間には下式の関係が成りたつ。
ここで、右辺第1項は慣性項であり、第2項は遠心・
コリオリ力項であり、第3項は重力等バイアス作用力を
補償するバイアス駆動力項である。また、i,k,lは1,2,
……,nをとり、関連軸の番号を表わし、Aji,Bjkl,Cj
それぞれ定数である。(1)式は下式のように書き換え
られる。
ここで、(2)式が(3)式のように書き換えること
ができれば慣性項の軸間干渉が除去されることになる。
なお、▲A jj▼は定数である。
(3)式への書換えができるためにはj軸駆動力指令
τj,j軸修正駆動力指令▲τ ▼とすると、▲τ
▼とτの間に下式の関係が成立すればよい。
ここで、αjiは軸間干渉除去ゲインであり、非線形作
用力、バイアス作用力が無視できる程に微小な場合に
は、(5)式は次の(7)式となり、軸間干渉除去が実
現できる。無視しえない場合は軸間干渉除去は実現でき
ない。
このように演算処理すれば駆動力伝達特性、すなわち
駆動力τと軸加速度の関係は(2)式から(3)
式のように簡略化される。
一方、多軸機構の駆動方法として、速度制御系として
の駆動方法と位置制御系としての駆動方法がある。まず
速度指令を直接与えて速度制御系として駆動する場合の
速度制御系の逆伝達特性を用いた非線形作用力除去方法
について説明する。速度制御系は比例(P)動作を行
い、速度指令jrと速度出力の偏差に比例定数Kj
乗算することにより駆動力指令が生成されるものとす
る。
前記の駆動力伝達特性式(3)において、τ
(8)式で示されるため(3)式は(9)式のように書
き換えられる。
τ=Kjjr) ……(8) ここで、(5)式より、速度伝達特性を明らかにする
ため、速度指令、速度出力を(10)式のように直流成分
(添字に0を付して表わす)と交流成分(〜を付して表
わす)に分離すると(5)式は(11),(12)式のよう
に書き直される。
(直流成分) (交流成分) 周成数領域で扱い、ラプラス変換 と記す。
これから、速度指令と速度出力の関係において(1
1),(12)式右辺第2項以下が非線形作用力により発
生している項であり、修正速度指令を(13)式のように
定めることにより、直流成分、交流成分共に指令値と出
力が一致し、非線形作用力の影響を除去でき、(14)式
の速度伝達特性となる。
ここで、(12)式で示されているGjjの逆特性Gjj -1
交流速度指令成分に乗算し、(13)式で交流速度指令成
分を生成することにより、(12)式では速度制御系の応
答周波数(ω=KTjKj/▲A jj▼)以上では低下してい
た応答特性を補償して応答周波数を理論的には無限大に
拡げている。
ここで、例えば速度指令直流成分jr0として前回サ
ンプル時速度検出量、同交流成分 として今回速度指令値と前回サンプル時速度検出量の偏
差をとり、交流成分のラプラス変換を偏差のステップ関
数で表示することにより修正速度指令を求めることがで
きる。
次に多軸機構を位置制御系として駆動する場合におい
て、位置制御系の逆転伝達特性を用いた非線形作用力除
去方法について説明する。位置制御系は位置指令に対し
て比例微分先行形PID(I−PD)動作を行い速度指令を
生成し、速度制御系は比例動作を行うものとする。j軸
のI−PD動作の積分、比例、微分各制御ゲインをKIj,K
Pj,KDjと記すと位置指令θjr、位置出力θには次の関
係が成りたつ。
=KIj∫(θjr−θ)dt−KPjθ−KDj ……(15) (3),(8),(15)式より位置伝達特性を直流成
分と交流成分に分離すると下式が得られる。
(直流成分) KTjKj{KIj∫(θjr0−θj0)dt−KPjθj0}=Cj ……(16) (交流成分) 周波数領域で扱い、 と記す。
この場合も同様に(18)式に基づく修正位置指令を与
えることにより、非線形作用力の影響を除去できる。
なお、直流成分は(16)式の積分効果でθjr0→θj0
となる。
ここで例えば位置指令直流成分として前回サンプル時
位置検出量、同交流成分として今回指令値と前回サンプ
ル時位置検出量の偏差をとり、交流成分のラプラス交換
を偏差のステップ関数で表示することにより、修正位置
指令を求めることができる。
以上、制御系が連続時間系で扱える場合について述べ
たが、離散時間系で扱う必要のあるサンプル周期が系の
応答周期と比して十分小さくない場合は、離散時間系と
してZ領域での扱いが必要であり、同様に実現可能であ
る。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第1実施例 第1図に本発明の一実施例のブロック図を示す。本実
施例は、多軸機構(n軸)において、軸間干渉除去と修
正位置指令の生成により、位置制御特性の改善をはかっ
たものである。
通常、多軸機構では、動作開始点から動作終了点ま
で、加速、等速、減速の各動作からなる制御が含まれ
る。多軸機構の作業点の位置決め動作には、(1)PTP
動作と(2)連続軌跡動作の2種類がある。前者は動作
開始点から動作終了点まであらかじめ速度パターンを定
めて、速度制御で動作させ、動作終了点近傍のみ位置制
御で動作させて位置決めする動作である。後者は動作開
始点から動作終了点まで定められた軌跡に沿う動作であ
り、補間位置目標値をサンプル周期毎に発生して位置制
御で動作させ、これにより高精度な軌跡を描く動作であ
る。したがって、高軌跡精度が要求されるのは後者であ
り、位置制御系の軸間干渉除去と高応答化が要求される
ことになる。
第1図に示すように、速度制御系は比例(P)動作、
位置制御系はI−PD動作により各々駆動力指令、速度指
令を生成する例である。I−PD動作は各軸位置偏差積分
量と位置の比例・微分量との偏差をとり速度指令を生成
するため、ステップ状の位置指令入力時にも通常のPID
動作でみられる駆動力指令の突変を防ぐことができる利
点がある。また、本実施例では速度制御系の応答を高め
るため更に速度フィードバックを行い、比例動作で駆動
力指令を生成する構成としている。
図示のように、n軸分の位置指令θjrがサンプル周期
毎に入力されると、修正位置指令生成部101で(18)式
に基づく修正位置指令▲θ jr▼が生成され、出力され
る。次の速度指令生成部102では、修正位置指令▲θ
jr▼と位置検出量θからI−PD動作で速度指令θjr
生成される。そして、次の駆動力指令生成部103におい
て、速度指令jrと速度検出量の偏差から、比例動
作で駆動力指令τが生成される。このτから非線形
作用力とバイアス作用力の総和である補償用駆動力指令
τjLを減じた量が、軸間干渉除去部104に入力される。
τjLは(5)式の に相当する。軸間干渉除去部104では、軸間角と負荷条
件により定まる軸間干渉除去ゲインαjiとの乗算と、各
軸jについての積和 を求め、修正駆動力指令▲τ ▼として出力する。軸
間干渉除去ゲインαjiは、別途(6)式により求めて入
力されるようになっている。次に▲τ ▼にτjLを加
算して元に戻し、増幅部105で増幅して対象多軸機構の
各軸の駆動装置106に駆動力指令Tjとして入力される。
これにより、多軸機構の各軸に駆動力が発生する。
このように軸間干渉除去有りで修正位置指令を生成す
る方法を採用すると、軸間干渉除去無しで修正位置指令
を生成する場合と比して下式のように修正位置指令演算
式が簡素化される。なお、(18)式において、θjr0
0、速度積微小とした。
ここで、 これにより演算時間の短縮、サンプル周期の短縮をはか
ることが可能になる。
なお、第1図実施例においては、修正位置指令生成部
101をデジタル制御系とし、速度制御以降をアナログ制
御系としたものであるが、このデジタル・アナログの区
分は、第2図〜第4図のように変形することができる。
この区分の選択は、設計や経済性等の他の要素を考慮し
て決定する。例えば、デジタル化すれば、センサ等の部
品が少なくなるが、演算処理の負担が増し応答性に制約
が生ずる。一方、アナログ化すれば、制御精度向上に寄
与し得るが、部品点数が増大して経済性が悪化する。
第1図は修正位置指令▲θ jr▼がD/A変換され、ア
ナログの位置のθがフィードバックされる構成、第2
図は速度指令jrがD/A変換され、アナログの速度が
がフィードバックされる構成、第3図は駆動力指令τ
−τjLがD/A変換され、軸間干渉除去部104に入力され
る構成、第4図は駆動力指令▲τ ▼+τjLがD/A変
換され増幅部105に入力される構成である。
第5図〜第8図に、第1図〜第4図実施例を実現して
なる具体的なハードウエア構成図をそれぞれ示す。
第5図は第1図に対応し、位置・速度制御系をアナロ
グ制御系で構成した場合の動作指令生成に係る制御装置
のハードウエア構成を示している。中央処理部1は中央
処理装置(CPU)2、リードオンリーメモリ(ROM)3、
ランダムアクセスメモリ(RAM)4より構成される。中
央処理部1は位置検出、修正位置指令生成、軸間干渉除
去ゲイン設定、A/D,D/A変換管理等を行っている。中央
処理部1からデータバス6を介して出力される修正位置
指令▲θ jr▼は、D/A変換部23によりアナログ変換さ
れ、位置制御回路24においてアナログ位置検出器21(例
えばポテンショメータ)から入力される位置フィードバ
ック信号θを基に、I−PD動作に基づきアナログ速度
指令jrを生成する。次に速度制御回路12においてアナ
ログ速度検出器20(例えばタコジェネレータ)から入力
される速度フィードバック信号を基に、比例動作に
よって駆動力指令τを生成する。そして、このτ
らD/A変換部15より出力される補償用駆動力指令τjL
減算する。つづいて軸間干渉除去部14の乗算部16におい
て、中央処理部1より送信された軸間干渉除去ゲイン指
令αjiを乗算して、アナログ乗算量αji(τ−τiL
を生成し、同加算部17にて各軸(j軸)毎に乗算量の総
を求める。これにD/A変換部15から出力される補償用駆
動力指令τjLを加算して修正駆動力指令▲τ ▼+τ
jLを生成し、これを増幅部18で増幅して、駆動装置に出
力される。これにより多軸機構19が駆動される。
多軸機構19の各駆動軸にはアナログ速度検出器20、ア
ナログ位置検出器21が設けられており、各出力は前述の
ように速度制御回路12、位置制御回路24にフィードバッ
クされる。また、位置検出量はA/D変換部25にてディジ
タル量に変換され、一時記憶回路7を介して中央処理部
1に取り込まれ、多軸機構の各軸動作が中央処理部1に
て監視可能な構成となっている。
なお、駆動装置駆動時には、速度に依存する逆起電力
が駆動装置の入力電圧を減ずるように作用するが、本装
置は定電流制御がなされていて増幅部18出力電圧と発生
駆動力の間には比例関係が成立するものとする。また、
第5図中の増幅部変換定数KAjKTj′/Kを第1図ではKTj
と記した。
第6図は、第2図に対応し、位置制御部をディジタル
制御により行う場合の動作指令生成に係る制御装置のハ
ードウエア構成である。位置検出量θはアナログ量と
してフィードバックする必要は無いのでエンコーダ等の
ディジタル検出器を用いる。速度はアナログ量でフ
ィードバックを行うため、タコジェネレータ等の速度検
出器を用いてもよい。しかし、アナログ位置検出器出力
の微分信号もしくはディジタル位置検出器出力の周波数
・電圧(F/V)変換信号を用いてもよい。位置検出器21
信号は位置検出回路11、一時記憶回路7を介して中央処
理部1に取り込まれる。中央処理部1では修正位置指
令、位置検出量からI−PD動作アルゴリズムに基づき、
サンプル周期毎に速度指令が更新される。そして、D/A
変換部10でアナログ変換され、速度制御回路12におい
て、速度検出器20より得られる速度フィードバック信号
との偏差に基づき駆動力指令τが生成される。この駆
動力指令τから補償用駆動力指令τjLを減じた成分が
軸間干渉除去部14に入力され、ここにおいて修正駆動力
指令▲τ ▼が生成される。これにD/A変換部15から
出力される補償用駆動力指令τjLが加算され、増幅部18
に送られ、駆動装置に出力される。
第7図は第3図に対応し、位置・速度制御部をディジ
タル制御により行う場合の動作指令生成に係る制御装置
のハードウエア構成である。位置、速度検出量共アナロ
グ量としてフィードバックする必要が無いので速度検出
器を省くことができ簡易な構成とできる。位置検出器21
としてはエンコーダ等ディジタル検出器を用い、中央処
理部1で修正位置指令の生成、位置制御のI−PD動作、
速度制御の比例動作等を行い駆動力指令τ−τjLを生
成する。これがサンプル周期毎にD/A変換部22でアナロ
グ変換され、軸間干渉除去部14において修正駆動力指令
が生成される。そしてD/A変換部15より出力される補償
用駆動力指令τjLと加算され、増幅部18を介して、駆動
装置に出力される。
第8図は第4図に対応し、位置・速度制御部、軸間干
渉除去部をディジタル制御により行う場合の動作指令生
成装置のハードウエア構成である。位置検出器21として
はエンコーダ等ディジタル検出器を用い、中央処理部1
で修正位置指令の生成、位置制御のI−PD動作、速度制
御の比例動作、補償用駆動力指令の減加算、軸間干渉除
去演算を行い、修正駆動力指令 を生成し、サンプル周期毎にD/A変換部22でアナログ変
換して増幅部18に送られ駆動装置に出力される。
ここで、第5図〜第7図に示したアナログ軸間干渉除
去部14の具体的構成について第9図〜第11図に示す。軸
間干渉除去部14は乗算部16と加算部17の2段構成となっ
ている。乗算方法として、次の2方式が考えられる。な
お、第9図〜第11図において、駆動力指令をτ′と記
すがこれは前述のτ−τiL相当量を意味するものとす
る。
(I)駆動力指令を演算増幅する方式 (II)駆動力指令を非線形増幅する方式 通常軸間干渉除去ゲインαjiは各軸駆動力指令の極性
が同一の場合0αji1で与えられる。
<方式(I)について> 増幅率は演算増幅回路の抵抗比により定まることか
ら、中央処理部1から送信される指令に基づき抵抗値可
変とできる方式としては、下記2方式が考えられる。
(1)指令値をD/A変換することにより得られるアナロ
グ電圧を印加することにより抵抗値可変となる電圧可変
抵抗を演算増幅回路に組み込む方式 (2)複数段階の増幅率を得られるよう複数種類の抵抗
を並列配置し、その両端にマルチプレクサを接続し、抵
抗選択指令を両端のマルチプレクサに与えることにより
単一の抵抗が選択され増幅率を設定可能とする方式 各方式を各々第9図、第10図を用いて説明する。方式
(I−1)は第5図〜第7図の一時記憶回路13より送信
される指令(電圧可変抵抗R2jiデータ)を次のように定
める。本方式は第9図において、演算増幅器27を用いて
反転増幅回路を構成するため、各抵抗値と駆動力指令増
幅率αjiの間には下式が成りたつ。
したがって、αjiが与えられ、その可変域でR2ji可変
となるよう固定抵抗Rを選択し、R2ji抵抗データを中央
処理部1で作成することにより反転乗算駆動力指令−α
jiτをうることが可能となる。また、演算増幅器27の
仮想接地抵抗30はR1R2ji/(R1+R2ji)に選ぶのが適当
であることが知られているため、抵抗30にも電圧可変抵
抗を設けた。なお電圧可変抵抗の具体的構成については
後述する。また、干渉除去部加算部17は乗算部16で得ら
れた反転乗算出力−αjiτ′を並列設置された抵抗32
を介してj軸分につき並列入力することにより演算増幅
器31で増幅率1で反転増幅することにより構成した。加
算部17の構成は他方式でも同一とした。
次に、方式(I−2)を第10図を用いて説明する。2
段の反転増幅回路を用いて構成されている点は方式(I
−1)と同一であり、可変抵抗R2jiは、抵抗選択指令が
マルチプレクサ34,35に入力されることにより選択設定
される。マルチプレクサ34,35により設定しうる増幅率
αjiは方式(I−1)と比して一般に少段階にしか設定
できない。したがって、選択されるべき抵抗値は、(2
0)式から算出される最適値との差が最小さなるよう選
択しなければならない。
<方式(II)について> 次に、方式(II)について、対数増幅器を用いた例を
第11図に示して説明する。駆動力指令τは演算増幅器
41のA部でバイアス電圧VAが印加され、対トランジスタ
42のトランジスタQ1に電流i、が流れる。トランジスタ
Q2には定電流i2が流れるように調整されているため、B
点ではトランジスタの非線形特性(対数特性)による下
式で示される電圧が発生する。
演算増幅器43では抵抗R4,R5により非反転増幅が行わ
れC点出力電圧は下式で示される値となる。
ここでは、Vc=−αjiτ′となるように設定するこ
とが望まれるので、抵抗R1jiを電圧可変抵抗により構成
し、中央処理部1よりD/A変換部26を介して抵抗値が下
式の値となるように指令することにより所望の乗算を行
うことが可能となる。
次に、第9図、第11図で示した電圧可変抵抗29,40の
具体的構成とその特性を、第12図〜第19図を用いて説明
する。電圧可変抵抗として光導電素子を用いて構成した
例が第12図〜第17図である。第12図は光導電素子を用い
たユニットセルの構造を示している。本ユニットセルは
光導電素子45、発光体44、遮光カバー46により構成され
ている。発光体44端子CD間に電圧が印加されると発光体
44が発光し、光導素子45が照射される。このときの照射
光量により端子EF間の導電度が変化する(抵抗値が変化
する)光導電効果を利用して抵抗を電圧制御するもので
ある。遮光カバー46は光の洩れを防ぐ役割をはたしてい
る。
ユニットセルの特性例(モリリカ製MCL−723C、発光
体:タングステンランプ、光導電素子:CdS)を第13図に
示した。CD間印加電圧5〜10V付近ではほぼ双曲線で近
似可能である。
そこで、バイアス電圧を印加する回路を第14図に示す
ようにユニットセルの前段に設けると、ユニットセルの
特性は第15図のように変化し、所望のCD間印加電圧に対
して双曲線抵抗特性をうることができる。更に第14図に
示すように並列抵抗RP(=b)を設けることにより、そ
の合成抵抗R′は下式のように印加電圧Vの1次関数に
なる。
この結果を第16図に示す。これから、所定の干渉除去
ゲインを設定するためには、αji=Rji/Rkとおくと、印
加電圧Vを下式のように設定すればよい。(但し、Rk:
固定抵抗) この場合B点印加電圧と増幅率(αji)の関係は第17
図に示す1次関数関係となり設定が容易な特性となって
いる。
ところで光導電素子は光入力時の立上り特性は良好だ
が、断光時の立ち下り時間が100m sec以上かかるため、
高速で指令値を変化させる用途には不向きである。そこ
で、応答性を改善するために磁気抵抗素子を用いた例を
第18図、第19図を用いて説明する。第18図は磁気抵抗素
子を用いた電圧可変抵抗の構造を示している。1次側入
力電圧が磁気コア48に巻回されたコイル47に印加され
る。磁気コア48は、隙間を介して磁気抵抗素子49と近接
配置されており、コイルに通電することにより、磁気コ
ア48、磁気抵抗素子49を貫通する閉磁路が形成される。
磁気抵抗素子49としてはインジウム・アンチモナイド
(InSb)等が用いられる。磁気抵抗素子49のEF間抵抗R
と、CD間電圧Vの間には、第19図に示す関係がある。し
たがってその双曲線近似領域を利用できるようバイアス
電圧を印加し、並列に抵抗を接続することにより、第17
図と同様の特性が得られ、(24)式に基づき、電圧指令
による軸間干渉除去ゲインαjiの設定が高速で可能とな
る。
以上述べた本実施例の多軸機構の動作指令生成方法を
用いることにより、軸間干渉が除去され、簡素となった
位置伝達特性をもとに修正位置指令を生成するため、修
正位置指令演算が簡単になりサンプル周期を従来の修正
位置指令生成方法採用時と比して短縮でき、動作軌跡精
度を高めることができる利点がある。また、軸間干渉除
去部は簡易なアナログ回路で構成可能である。
第2実施例 次に、本発明の第2実施例を第20図〜第22図を用いて
説明する。本実施例は連続軌跡動作時にサンプル周期毎
に発生する位置指令値θjrをその微分量の速度指令値
jrに変換し、停止位置近傍以外では(13)式に基づく修
正速度指令▲ jr▼を与えて速度制御系を動作させ、
停止位置近傍では位置制御系を動作させる方式としたも
のである。なお、軸間干渉除去部については第9〜11図
で説明したものを適用する。第1実施例に比して修正指
令(速度)の演算を簡易化し、高い動作軌跡精度をうる
ものである。
例えば、第27図に示す2アーム直列配置ロボットの軸
間干渉除去時の速度0での位置、速度主伝達関数Pjj,G
jjは次の(26)式で示される。速度主伝達関数は位置主
伝達関数と比して次数が低く、逆伝達関数の演算も容易
で、第1実施例の方法と比し、演算時間の短縮、サンプ
ル周期の短縮をはかることができる利点がある。
次に、本実施例の動作指令生成方法について説明す
る。第20図〜第22図は同一ブロック構成であるが、第20
図から順にディジタル制御系で構成する割合を増した例
を示している。これらの実施例では、速度制御モードと
位置制御モードに分け、これに応じて修正速度指令の生
成方法を位置/速度指令切換部201で切換えるようにな
っている。速度制御時にはサンプル周期毎に生成される
速度指令▲ jr▼から、修正速度指令生成部202にお
いて、(13)式に基づいき修正速度指令▲ jr▼が生
成される。次に駆動力指令生成部203で▲ jr▼と速
度検出値との偏差から比例動作に基づき駆動力指令
τが生成される。その後は第1実施例と同様補償用駆
動力指令τjLの減算、軸間干渉除去、補償用駆動力指令
τjLの加算が行われた後、増幅され駆動装置に出力され
る構成となっている。一方、位置制御時には位置指令θ
jrよりI−PD動作により生成される速度指令jrより修
正速度指令▲ jr▼が生成され、以下速度制御時と同
様の処理が行われる構成となっている。
第20図は修正速度指令▲ jr▼をD/A変換し、アナ
ログ速度検出値との偏差から駆動力指令τを生成
する方式である。第21図は、修正速度指令▲ jr▼と
速度のディジタル検出結果から生成される駆動力指令
(τ−τiL)をD/A変換して軸間干渉除去部へ入力す
る方式である。第22図は、修正駆動指令▲τ ▼の生
成、軸間干渉除去演算補償用駆動力指令域・加算をディ
ジタル演算で行い、得られた駆動力指令▲τ ▼+τ
jLをD/A変換し増幅部へ入力する方式である。
第20図〜第22図に示した動作指令生成は、それぞれ前
記第6図〜第8図に示したハード装置により実現可能で
ある。ただし、中央処理部1での演算内容が第20図〜第
22図で説明した動作指令生成方法による点が異なる。
以上述べた第2実施例の多軸機構の動作指令生成方法
及び装置を用いることにより、第1実施例と比して簡素
な演算により連続軌跡動作を行わせることが可能とな
り、サンプル周期の短縮と動作軌跡精度の一層の向上を
はかることが可能になる。
第3実施例 次に本実施例の第3実施例を第23図を用いて説明す
る。第1、第2実施例で述べた修正指令、軸間干渉除去
を行い多軸機構を駆動すると所要駆動力が大きくなり、
加減速時など所要駆動力が大きい際に駆動力不足を起こ
しオーバーシュート動作を起こすことがある。これを防
ぐために第23図のステップ301〜305に示す手順で、ある
しきい値τ以上の駆動力が要求される際、指令修正、
軸間干渉除去を行わないことにより駆動力不足によるオ
ーバーシュートを防止する。
第4実施例 次に本発明の第4の実施例につき第24図を用いて説明
する。第1、第2実施例の軸間干渉除去方法では、軸間
干渉除去ゲインαji、速度と位置の閉ループ伝達関数G
jiとPjiを演算するために、(1)式におけるパラメー
タAji,Bji,Cj,を知る必要がある。また特に、▲A jj
▼を求めるためにAjiを知る必要がある。各パラメータ
とも軸間角θ、軸作用外力等の状態量変化により変化
する。一般に直列軸連結形の多軸機構は、軸作用外力一
定時に、各パラメータは軸間角積算値の正弦・余弦和で
表示でき、下式で示される。
したがって、3n(n2+n+1)(2n+1)個の未知パ
ラメータを求めるために、3n(n2+n+1)(2n+1)
個の軸間角条件で、ある軸に正弦波駆動力を与えた時の
各軸速度、駆動力を検出し、(1)式に(27)式を代入
して得られる方程式に検出量を代入し解くことにより、
Aji,Bjkl,Cjと軸間角θの関係が明らかになり、Gji,P
jijiを実機条件で正確に求めることができる利点が
ある。第24図ステップ311〜317にそのフローを示した。
また、実際の多軸機構で運転方程式が既知の場合は未知
計数の数を大幅に低減でき実験条件をも少なくできる。
第5実施例 次に、本発明の第5実施例を第25図のフローチャート
を用いて説明する。本実施例は第4実施例に比して、負
荷イナーシャ検出に要する時間を短縮する方法である。
すなわち、ステップ325と326において、多軸機構の軸作
用外力と負荷イナーシャの関係及び軸作用外力と駆動装
置駆動電流の関係をあらかじめ明らかにしておく。これ
により、ステップ323で各軸駆動装置の駆動電流を検出
することによりステップ324で簡易に負荷イナーシャを
求めることができる。
第6実施例 次に本発明の第6実施例第26図フローチャートを用い
て説明する。本実施例は第1、第2実施例の軸間干渉除
去ゲインαjiの最適化設定をはかるための方法である。
第4、第5実施例で求めたイナーシャ値を基に演算し
た軸間干渉除去ゲインの周辺で、αjiを複数段階変化さ
せ、低周波数域における速度制御系もしくは位置制御系
の干渉伝達ゲインGji(i≠j)もしくはPji(i≠j)
を求め、その主伝達ゲインGjj,Pjjとのゲイン差がある
しきい値以上となるように選ぶ方法である。
具体的には、ステップ334で正弦波状の速度指令もし
くは位置指令を与え、ステップ335で速度もしくは位置
の応答特性から各伝達ゲインを求め、ステップ336でそ
の比較をする。この比較は、例えば、しきい値εを20dB
(0.1)とすると下式に基づき判定する。
軸間角、作用外力一定: 第7実施例 本発明の応用例として、多軸機構として水平多関節形
直接駆動ロボットに適用した実施例を、第27図と〜第37
図を用いて説明する。第27図と第28図本ロボットの構造
を示す。第27図は本ロボットの簡略構造図であり、第28
図はその縦断面図である。それらの図に示すように、本
ロボットは、第1アーム51と、第2アーム53をそれぞれ
駆動モータ50と52により直接駆動する構成で、手首軸
(スプライン軸)59はモータ54の回転動力をベルト72を
介してボールネジ軸57に伝達しそれと螺合するブラケッ
ト58と共に上下方向に駆動し、更にモータ55により減速
機56、ベルト73を介して回転駆動する構成となってい
る。スプライン軸59はブラケット58に対して回転自由に
支持されており、その下端に工具60が取り付けられてい
る。各軸の駆動モータには位置・速度検出器80,69,70,7
1が設けられている。また、動作範囲のオーバラン、原
点位置を検出するための特定位置検出器、被検出体と、
オーバランして更に行き過ぎた動作を行うことを止める
ストッパ及び衝突部材が設けられている。なお、手首回
転軸は360゜回転する構造となっており、オーバラン検
出器、ストッパ、衝突部材は設けられてない。また、手
首上下軸には滑落防止用のブレーキ81が設けられてい
る。
本ロボットの4軸すべての駆動モータが通電され、ト
ルクτを発生すると、第27図からわかるように手首上
下軸と回転軸の駆動モータ54と55間には干渉は無い。一
方、手首上下軸と回転軸の駆動モータ54及び55と、2軸
用駆動モータ52と、1軸用駆動モータ50との各駆動モー
タの相互間には軸間干渉がある。ところで、手首上下軸
と回転軸の駆動モータ54と55のモータトルクは、1・2
軸モータのトルクと比して小さく、同時に加減速するこ
とも少ないと考えられる。
そこで、1・2軸間の干渉に着目し、手首部負荷はす
べて第2アームに含まれていると考えた2アーム剛体モ
デルを第27図(B)に示す。1・2軸モータ50と52によ
り駆動される第1アーム51と第2アーム53は、それぞれ
アーム長a1,a2、重心位置l1,l2、集中質量m1,m2、集中
イナーシャI1z,I2zの剛体モデルで扱える剛正を有する
ものとする。この場合、第1アーム角θ、1・2軸軸
間角θ、1・2軸のモータトルクT1,T2とすると運動
方程式は次式で示される。
ここで、J11=J110−J13cosθ J12=J21=J22−J14cosθ J13=2J14=−2J23=2m2a1l2 J110=I1z+I2z+m1l1 2+m2(a1 2+l2 2) J22=I2z+m2l2 2である。
第1、第2の実施例で述べた動作指令生成方法を本ロ
ボットに適用する場合の位置速度制御用動作指令生成装
置のブロック図を各々第29図と第30図に示す。本ロボッ
トは、、1軸、2軸モータに重力によるバイアス作用力
は作用しないが、遠心トルクに関する補償用駆動力指令
τjLが要求される。
そこで、第1、第2の実施例の軸間干渉除去方法を本
ロボットに適用する場合について説明する。
まず、第29,30図における速度制御系の閉ループ特性
を説明する。軸間干渉除去ゲインα11=α22=1として
α1221を求める問題を扱う。速度とトルクτの化
には次の関係が成立する。
ここで、(修正)速度指令jr,速度出力を各々
(31)式のように直流・交流成分に分離し、(29),
(30)式に代入すると(32)〜(34)の関係が得られ
る。
交流成分:周波数領域で扱い、L()=と記
す。
ここでΔは下式で示される。
これから各軸応答速度は次式で示される。
右辺第1項で示される直流成分は、(32)式で示され
るが、(32)式右辺第2項の干渉成分はα1221を下
式のように設定することにより除去できる。
また、(35)式右辺第2項で示される交流成分は、
(37)式のように軸間干渉除去ゲインを設定しG12=G21
≒0とすることにより干渉成分を低減できる。
しかるに有限軸速度がある場合は、(36)式により直
流成分の除去はできるが交流成分G12,G21の分子定数項
(Sの掛っていない項)が0とならないため完全な軸間
干渉除去は再現できない。そこで、軸間干渉除去ゲイン
を(37)式より設定し、非線形項を修正指令生成により
除去する方法を次に述べる。
まず、第30図で示す動作指令生成では、その非線形項
を除去するため、(38)式で示す修正速度指令を生成
し、指令として与える。これにより高速動作時にも軸間
干渉除去が可能となる。
ただし、α1221は(37)式で示されGjiは(33)式
で示されている。
また、第29図で示す動作指令生成では、次式の修正位
置指令を与えることにより、高速域まで軸間干渉除去と
応答特性の改善をはかることができる。
ここで、例えば速度と位置指令の直流成分jr0とし
て、前回サンプル時の速度と位置検出量を、速度と位置
指令の交流成分 として今回指令値と前回サンプル時検出量の偏差をと
り、そのステップ関数をラプラス変換する際に用いるこ
とにより、修正指令生成を行うことができる。この軸間
干渉除去の無い場合と有る場合の速度伝達ゲインの周波
数特性例(θ=180゜、1020=0)を第31図
(A)〜(D)、第32図(A),(B)に示す。これか
ら軸間干渉除去により速度伝達関数の極零相殺が行わ
れ、伝達関数が簡素化されたことがわかる。更に修正速
度指令生成部を付加すると速度伝達ゲインの周波数特性
は、第33図(A),(B)に示すように、周波数によら
ずゲイン低下の無い理想的な特性にできる。なお、第32
図、第33図で、G12=G21=0である。
また、(37)式の軸間干渉除去ゲインは、モータの駆
動力指令・駆動力変換定数KTjと負荷イナーシャJijの積
の比で示されており、それらの値を知る必要がある。K
Tjはモータ駆動装置固有の値であるためロボットの動作
条件によらず一定であるが、負荷イナーシャはロボット
の負荷条件、動作姿勢により大きく変化する。そこで例
えば第4実施例の負荷イナーシャ測定法を適用する。
ここでは(1)式第1、第2項の係数A,B(C=0)
を求める方法を述べる。本ロボットの剛体モデルの運動
方程式(29)は、同一成分項をまとめると、次式で表現
される。
T1=(J110−2J14cosθ)+(J22−J14cosθ) +J14(22sinθ T2=(J22−J14cosθ)+J22 −J14 1 2sinθ ……(40) この方程式において、未知イナーシャパラメータはJ
110,J22,J14の3個に集約される。手先負荷一定時には
特定のロボット姿勢角(θ=90゜,180゜)で(40)式
が(41)式のように簡素化される。
θ=180゜ T1=(J110+2J14+(J22+J14 T2=(J22+J14+J22 θ=90゜ T1=J110 +J22 +J14(2 T2=J22 +J22 −J14 1 2 一定負荷条件の各ロボット姿勢角で微小駆動トルクで
正弦波状揺動運動をさせたときの速度、トルクを検出す
ると(41)式で、J110,J22,J14を未知数とした4式が得
られるが、未知数より方程式数が1つ多いため、2式を
足し合わせて1式とすることにより未知数を求めること
ができる。その結果から(37)式中の各イナーシャパラ
メータは次式により求められる。
J11=J110−2J14cosθ2,J22=J22 J12=J21=J22−J14cosθ ……(42) 本ロボットの(37)式に基づく軸間干渉除去ゲインの
計算値を第34図に示した。本計算値は剛体モデルに基づ
く運動方程式から求められたものであるが、実機の最適
軸間干渉ゲインはこの値と若干異なる可能性がある。そ
こで第6実施例で説明したように負荷条件、ロボット姿
勢角一定とした時の軸間位置干渉ゲインPjiを測定し、
最適軸間干渉除去ゲインαjiを求める。軸間干渉除去無
し又は有りの場合の軸間位置干渉ゲインPji(i≠j)
の周波数変化をそれぞれ第35図と第36図に示した。低周
波域における応答ゲインが大幅に低減されていることか
ら、最適軸間干渉除去ゲイン探索時には、低周波数の正
弦波位置指令を入力し、その応答を求めることにより簡
易に最適値を求めることが可能となる。一定負荷条件で
各ロボット姿勢角につき、軸間干渉除去ゲイン(α12,
α21)を第34図に示した計算値近傍で数段階に変化さ
せ、P12/P11≦0.1,P21/P22≦0.1となる(α1221)の
組み合わせを第37図に示した。この結果は第34図と差異
がみられ、この軸間干渉除去ゲインの組み合わせを、各
負荷条件につき中央処理部4のROM2にテーブル化して記
憶し、軸間干渉除去ゲイン設定時に参照することによ
り、最適な軸間干渉除去を実現することが可能になる。
ところで、手先負荷が頻繁に変化する場合は、第4実
施例で述べた方法((41)式を用いる方法)で負荷イナ
ーシャを測定するのは時間がかかる。そこで第5実施例
を適用し、上下軸駆動モータ所要トルク検出電流値と手
先負荷の関係から、あらかじめ用意されている手先負荷
と負荷イナーシャJ110,J22,J14の関係を用いて、J110,J
22,J14修正値を求め、軸間干渉除去ゲイン計算値を求め
るのに利用する。これにより、第4実施例の方法を用い
るよりも時間短縮をはかることが可能になる。
また、本発明の第3実施例で説明した低速・低トルク
域では、軸間干渉除去を有効とし、一定の トルク以上では軸間干渉除去ゲインαjiを零とすれば、
トルク不足を起こさないロボットの駆動が可能となる。
一般に高トルクが要求される急加減速時には、高い動作
軌跡精度が要求されることは少ないと考えられるから、
本方法を用いることにより干渉除去、指令修正有無切換
時に振動が生ずることがあっても、大きく精度を損なう
ことは無い。
ここで、水平多関節形ロボットの機構による分類とそ
の特徴を第1表に示し、説明する。第1表に示した分類
に対応する機構の概念図を第38図〜第42図に示す。各機
構の運動方程式は次のとおりである。なお、第27図
(B)に示したと同様の諸元に基づき、2軸の重心位置
l2≠0とし、リンク質量バランス有りの条件とする。
直列方式、準直並列方式 T1=J11(θ+J12(θ +m2a1l2(22sinl T2=J12(θ+J22 −m2a1l2 1 2sinθ 直並列方式(特開昭64−20988号公報) T1=J11 +J12 T2=J12 +J22 準並列方式(特開昭61−173875号公報) T1=J11 +J12′)+m2a1l2sinθ2 2 T2=J12′)+J22 −m2a1l2sinθ1 2 並列方式(特開昭61−121880号公報) T1=J11 T2=J22 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得
られる。
(1) 各軸の駆動力指令に制御対象軸との軸間干渉ゲ
インを乗じてその総和(積和)を求め、これを対象軸の
修正駆動力指令としていることから、制御系の伝達関数
を簡略化でき、また軸間干渉の線形成分を除去でき、各
軸の独立動作が可能になる。
これに加え、上記簡略化された伝達関数に基づいて、
速度(又は位置)制御系の逆伝達関数を求め、この逆伝
達関数を速度(又は位置)指令に乗算し、これを対象軸
の修正速度(又は位置)指令としていることから、軸間
干渉の非線形成分が除去されるとともに、動作の追従性
が向上され、動作軌跡精を高くすることができる。しか
も、修正速度(又は位置)指令の演算処理が簡単化され
るので、演算時間の短縮およびサンプリング周期の高密
化を図ることができ、動作軌跡精度を更に向上できる。
(2) また、軸間干渉除去ゲイン設定にあたり、負荷
イナーシャの測定を多軸機構の揺動試験又は静的駆動電
流検出によって行ってゲイン計算値を求め、その計算値
付近で数段階にゲインを変えて多軸機構の干渉伝達ゲイ
ン測定を行い、最適ゲインを見出すようにしたものによ
れば、同ゲインの最適化を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図はそれぞれ本発明の第1実施例の多軸機
構制御装置のブロック図、第5図〜第8図はそれぞれ第
1図〜第4図実施例に対応するハードウエア構成図、第
9図〜第11図は本発明の第1実施例の軸間干渉除去部の
構成図、第12図〜第19図は第9図又は第11図の電圧可変
抵抗の具体例の説明図であり、第12図は発光体・光導電
素子を用いたユニットセルの構造図、第13図は第12図の
抵抗と電圧の関係図、第14図は電圧可変抵抗の駆動回路
図、第15図はバイアス電圧印加時の抵抗、電圧の関係
図、第16図は並列抵抗設置時の抵抗と電圧の関係図、第
17図は増幅率と電圧の関係図、第18図は磁気抵抗素子を
用いた電圧可変抵抗の構造図、第19図は磁気抵抗素子の
抵抗と電圧の関係図、第20図〜第22図は本発明の第2実
施例の多軸機構制御装置のブロック図、第23図は本発明
の第3実施例の多軸機構の動作指令生成における軸間干
渉除去有無切換方法を示す流れ図、第24図は本発明の第
4実施例の多軸機構の動作指令生成における多軸機構の
負荷イナーシャ測定方法を示す流れ図、第25図は本発明
の第5実施例の多軸機構の動作指令生成における多軸機
構の負荷イナーシャ測定方法を示す流れ図、第26図は本
発明の第6実施例の多軸機構の動作指令生成における最
適軸間干渉除去ゲイン探索方法を示す流れ図、第27図〜
第37図は本発明を適用してなる具体的なロボット装置の
一実施例に関する図であり、第27図は多軸機構の1例と
しての水平多関節形直接駆動ロボットの外観図、第28図
は第31図の縦断面図、第29図と第30図は第27図のロボッ
トの2軸動作指令生成に係る制御ブロック図、第31図は
軸間干渉除去無し時の速度制御系特性図、第32図は軸間
干渉除去有り時の速度制御系特性図、第33図は第30図の
速度制御系特性図、第34図は軸間干渉除去ゲイン計算値
とロボット姿勢角との関係を示す図、第35図と第36図は
軸間干渉除去無・有時の干渉位置伝達特性図、第37図は
探索された最適軸間干渉除去ゲインとロボット姿勢角と
の関係を示す図、第38図〜第42図は水平多関節形直接駆
動ロボットの機構を分類して示すものであり、それぞれ
第38図は直列方式、第39図は準直列方式、第40図は直並
列方式、第41図は準並列方式、第42図は並列方式の概念
構成図である。 1……中央処理部、2……CPU、3……ROM、4……RA
M、5……アドレスバス、6……データバス、7,13……
一時記憶回路、8……サンプリングパルスタイマ、9…
…デコーダ、10,15,22,23……D/A変換部、11……位置検
出回路、12……速度制御回路、14……軸間干渉除去部、
16……乗算部、17……加算部、18……増幅部、19……駆
動装置及びそれと結合された多軸機構、20……速度検出
器、21……位置検出器、23……位置検出回路、27,31,4
1,43……演算増幅器、28,29,30,32,33,36,39,40……抵
抗、34,35,37,38,……マルチプレクサ、42……対トラン
ジスタ、44……発光体、45……光導電素子、46……遮へ
い体、47……コイル、48……磁気コア、49……磁気抵抗
素子、50……1軸用直接駆動モータ、51……第1アー
ム、52……2軸用直接駆動モータ、53……第2アーム、
54……手首上下軸駆動モータ、55……手首回転軸駆動モ
ータ、56……減速機、57……ボールネジ軸、58……ブラ
ケット、59……スプライン軸、60……工具、61,65,74…
…衝突部材、62,66……ストッパ、63,67,79……特定位
置検出器、64,68,75,76……特定位置被検出体、69,70,7
1,80……位置・速度検出器、72,73……動力伝達ベル
ト、77……スプライン軸受、78……スプライン軸受取付
部材、81……ブレーキ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹本 明伸 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株 式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 小林 勝 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株 式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭62−257508(JP,A) 特開 昭63−26702(JP,A) 特開 昭63−47058(JP,A) 特開 平3−257602(JP,A) 特開 平2−302807(JP,A) 特開 昭60−263206(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の駆動軸が連関してなる多軸機構の制
    御方法において、各軸の駆動力指令に制御対象軸との軸
    間干渉除去ゲインを乗じてその総和を当該対象軸の修正
    駆動力指令とする一方、各対象軸の速度又は位置指令に
    速度又は位置指令の逆伝達関数を乗じて対象軸の修正速
    度又は修正位置指令とすることを特徴とする多軸機構の
    制御方法。
  2. 【請求項2】複数の駆動軸が連関してなる多軸機構の制
    御装置において、各制御対象軸についての位置指令と位
    置検出量の偏差又は速度指令と速度検出量の偏差に基づ
    いて各軸の駆動力指令を生成する駆動力指令生成手段
    と、該駆動力指令に与えられる軸間干渉除去ゲインを乗
    算するとともに、その総和を求めて前記各制御対象軸の
    修正駆動力指令を生成する軸間干渉除去手段と、各対象
    軸の速度又は位置指令に速度又は位置指令の逆伝達関数
    を乗じて対象軸の修正速度又は修正位置指令を生成する
    速度又は位置の修正指令生成手段とを備え、前記修正駆
    動力指令と前記修正速度指令又は修正位置指令により前
    記制御対象軸の駆動装置を制御することを特徴とする多
    軸機構の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023181898A1 (ja) * 2022-03-25 2023-09-28 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及び、移動体

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2700728B2 (ja) * 1991-07-05 1998-01-21 特許機器株式会社 除振台のフィードフォワード制御方法
JPH06222817A (ja) * 1993-01-27 1994-08-12 Komatsu Ltd ロボットのウィービング制御装置
JP3981773B2 (ja) * 1997-05-28 2007-09-26 株式会社安川電機 ロボット制御装置
JP4940905B2 (ja) * 2006-11-24 2012-05-30 トヨタ自動車株式会社 関節駆動型ロボット、及びその制御方法
WO2017038094A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 Canon Kabushiki Kaisha Driving apparatus, positioning apparatus, lithography apparatus, and article manufacturing method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2783321B2 (ja) * 1986-05-01 1998-08-06 工業技術院長 多関節ロボットの制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023181898A1 (ja) * 2022-03-25 2023-09-28 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及び、移動体

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