JP3081518B2 - Robot rigidity identification method and device - Google Patents

Robot rigidity identification method and device

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JP3081518B2
JP3081518B2 JP07285745A JP28574595A JP3081518B2 JP 3081518 B2 JP3081518 B2 JP 3081518B2 JP 07285745 A JP07285745 A JP 07285745A JP 28574595 A JP28574595 A JP 28574595A JP 3081518 B2 JP3081518 B2 JP 3081518B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,ロボットの剛性同
定方法及びその装置に係り,例えばロボットのリンクシ
ステムにおける低剛性部の剛性を同定する方法及びその
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for identifying the rigidity of a robot, and more particularly to a method and an apparatus for identifying the rigidity of a low rigidity portion in a robot link system.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで,ロボットの剛性(バネ定数)
を同定する方法は,種々開発されているが,いずれも動
力伝達系に存在する減速機等の剛性不足を取り上げてい
る。例えば特開平03−117580号公報に開示され
た技術(以下,従来技術1という)は,図26に示され
るような回転関節を有するロボットに関するものであ
る。ここでは,ロボットの入力トルクからモータ角速度
までの伝達関数G(s)の各係数b0 〜b2 ,a0 〜a
3 をまず同定する。
2. Description of the Related Art Until now, robot rigidity (spring constant)
Although various methods have been developed to identify the stiffness, all of them address the lack of rigidity of the reduction gears and the like that exist in the power transmission system. For example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-117580 (hereinafter referred to as Conventional Technique 1) relates to a robot having a rotating joint as shown in FIG. Here, the coefficient b 0 ~b 2 of the transfer function G from the input torque of the robot until the motor angular velocity (s), a 0 ~a
3 is identified first.

【数1】 そして,同定された各係数からモータの慣性MM ,粘性
係数DM ,駆動部(負荷側)の慣性MA ,粘性係数
A ,関節のバネ定数KG ,バネ要素の粘性係数D G
次式を用いて逆算する。
(Equation 1)Then, from the identified coefficients, the inertia M of the motor is calculated.M,viscosity
Coefficient DM, Drive unit (load side) inertia MA, Viscosity coefficient
DA, Joint spring constant KG, The viscosity coefficient D of the spring element GTo
Calculate back using the following equation.

【数2】 (Equation 2)

【0003】また,伝達関数G(s)の同定において
は,離散系のARMA(Amto Regressive Moving Averr
age)モデルD(z-1)/C(z-1)により同定を行った
後,得られた離散系モデルD(z-1)/C(z-1)を連
続時間系のモデルにインパルス応答近似し,伝達関数G
(s)を得ている。ここでは,伝達関数の形でシステム
を扱っているため,線形を仮定しているが,一般にロボ
ットは非線形性を有しており,線形では記述できない。
このため,加速センサをロボットに装着し,アーム部
(負荷側)の関節角加速度を計測し,2リンクロボット
の場合,伝達関数を次のように2入力1出力表現してい
る。
[0003] In the identification of the transfer function G (s), a discrete ARMA (Amto Regressive Moving Averr) is used.
After identification by age) Model D (z -1) / C ( z -1), the resulting discrete-system model D (z -1) / C ( z -1) impulse model of a continuous-time system and Response approximation and transfer function G
(S). Here, since the system is treated in the form of a transfer function, it is assumed that the system is linear. However, in general, a robot has nonlinearity and cannot be described in a linear manner.
For this reason, an acceleration sensor is mounted on the robot, the joint angular acceleration of the arm (load side) is measured, and in the case of a two-link robot, the transfer function is expressed as two inputs and one output as follows.

【0004】上記目的を達成するために請求項1に係る
発明は,少なくともロボットに取り付けられたセンサか
らの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性を同定
する方法であって,上記ロボットの特性を表す各パラメ
ータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパラメー
タと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した上で,
外界センサ及び/又は内界センサからの出力データに対
して周波数解析を施し,別途同定した非剛性パラメータ
と上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメータを
定するロボットの剛性同定方法において,上記非剛性パ
ラメータを同定するに際し,該同定に用いるロボットの
動作指令データから,ロボットを剛体として動作する剛
性モードでの固有振動数以上の高周波成分を除去した後
の該動作指令データをロボットに入力してなることを特
徴とするロボットの剛性同定方法として構成されてい
る。また,請求項2に係る発明は,少なくともロボット
に取り付けられたセンサからの出力データに基づいて,
上記ロボットの剛性を同定する方法であって,上記ロボ
ットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメータ又は
剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非剛性パラ
メータとに分離した上で,ロボットの弾性変形部から外
界センサの位置までのヤコビ行列又はその逆行列に相当
する行列を演算し,別途同定した非剛性パラメータに基
づいて上記弾性変形部にかかるモーメントを演算し,上
記外界センサの出力データとモーメントと行列とに基づ
いて剛性パラメータを同定するロボットの剛性同定方法
において,上記非剛性パラメータを同定するに際し,該
同定に用いるロボットの動作指令データから,ロボット
を剛体として動作する剛性モードでの固有振動数以上の
高周波成分を除去した後の該動作指令データをロボット
に入力してなることを特徴とするロボットの剛性同定方
法である。
[0004] In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a method for identifying the rigidity of the robot based at least on output data from a sensor attached to the robot. After separating each parameter representing the characteristics of the robot into a rigidity parameter or a parameter containing rigidity inside, and other non-rigidity parameters,
For output data from external and / or internal sensors
Non-rigidity parameters identified by frequency analysis
In the rigidity identification method for a robot for identifying a rigidity parameter based on the frequency analysis result and the non-rigidity parameter,
When identifying the parameters, the robot
From the operation command data, a robot
After removing high-frequency components higher than the natural frequency in the neutral mode
Is input to the robot as a rigidity identification method for the robot. The invention according to claim 2 is based on at least output data from a sensor attached to the robot.
A method of identifying a rigidity of the robot, the parameters representing the characteristics of the robot, the parameters including the stiffness parameter or rigid internally, after separated into a non-rigid parameters of otherwise elastic deformation of the robot Out of the department
Equivalent to the Jacobi matrix up to the position of the field sensor or its inverse matrix
The matrix to be calculated is calculated based on the non-rigid parameters identified separately.
Calculate the moment applied to the elastic deformation part
Based on the output data of the external sensor, moment and matrix
In the rigidity identification method for a robot that identifies the rigidity parameters,
From the robot operation command data used for identification, the robot
Above the natural frequency in the rigid mode operating as a rigid body
The operation command data after removing high frequency components
This is a method for identifying the rigidity of a robot, characterized by being input to a robot.

【0005】そして,各軸の単独の伝達関数G
1 (s),G2 (s)の離散系モデルを同定し,連続時
間系に近似して得られた係数から物理パラメータを決定
している。また,周,前田共著「垂直多関節型ロボット
マニピュレータの関節剛性測定」(日本ロボット学会,
Vol.13,No.3,pp.390/396(19
95))に開示された技術(以下,従来技術2という)
では,ロボットの手先にレーザ変位計と6軸力センサと
を装着し,手先部に外力を加える。そして力センサによ
って外力Fを,変位計によって手先位置の変位ΔXを計
測する。すると,外力によって各関節に加わるトルクτ
と,そのときに発生する各関節の変形ΔΘに対して,次
のような関係が成立する。 τ=J(Θ)T F ΔΘ=J(Θ)-1ΔX 但し,J(Θ)は関節角Θから手先位置Xへのヤコビ行
列である。各関節のバネ定数kを対角要素に持つ関節剛
性行列K=diag(k)は次式によって最小二乗法な
どから推定することができる。 ΔΘ=K-1τ J(Θ)-1ΔX =K-1J(Θ)T F ここでは,関節剛性とサーボ剛性とを同時に測定する同
時同定と,関節剛性のみを同定する独立同定の2手法に
ついて記述している。いま問題としているのは関節剛性
であり,同時同定を行った場合には,関節剛性とサーボ
剛性とを1つのバネ要素として記述したバネ定数からサ
ーボ剛性による変形を差引き,関節剛性を求める必要が
ある。また独立同定の場合,図27に示すように,モー
タ軸をロックし,治具等を用いて姿勢を固定した状態で
関節剛性を同定している。
The independent transfer function G for each axis
A discrete system model of 1 (s) and G 2 (s) is identified, and a physical parameter is determined from a coefficient obtained by approximating a continuous time system. Also, Zhou and Maeda, “Measurement of joint stiffness of a vertical articulated robot manipulator” (The Robotics Society of Japan,
Vol. 13, No. 3, pp. 390/396 (19
95)) (hereinafter referred to as “prior art 2”).
Then, a laser displacement meter and a six-axis force sensor are attached to the hand of the robot, and an external force is applied to the hand. Then, the external force F is measured by the force sensor, and the displacement ΔX of the hand position is measured by the displacement meter. Then, torque τ applied to each joint by external force
And the deformation ΔΘ of each joint generated at that time, the following relationship is established. τ = J (Θ) T F ΔΘ = J (Θ) -1 ΔX However, J (Θ) is the Jacobian matrix of the joint angle theta to the hand position X. The joint stiffness matrix K = diag (k) having the spring constant k of each joint as a diagonal element can be estimated from the least square method or the like by the following equation. ΔΘ = K -1 τ J (Θ ) where -1 Δ X = K -1 J ( Θ) T F is the simultaneous identification of measuring and joint stiffness and servo stiffness simultaneously, independent identification to identify only the joints stiffness Two techniques are described. What is a problem now is joint stiffness. If simultaneous identification is performed, it is necessary to obtain joint stiffness by subtracting deformation due to servo stiffness from the spring constant describing joint stiffness and servo stiffness as one spring element. There is. In the case of independent identification, as shown in FIG. 27, joint rigidity is identified in a state where the motor shaft is locked and the posture is fixed using a jig or the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
ロボットの剛性同定方法では,次のような問題点があっ
た。 (1)従来技術1では,伝達関数の各係数を同定し,得
られた係数を含む非線形方程式から物理パラメータを算
出している。しかし,この非線形方程式は物理パラメー
タの積や除算を含んだものであり,伝達関数の係数の微
妙な変化によって算出される物理パラメータの値が大き
く変化する。このため,物理的にありえない値(負の値
等)になることがある。従って,同定された伝達関数の
応答特性は実機と一致しているかもしれないが,その係
数から得られる物理パラメータは実機と大きくかけ離れ
ることがあり,その物理パラメータを用いて制御するこ
とは困難である。即ち,ここでは剛性を同定しているわ
けではなく,伝達関数の係数を同定しているにすぎな
い。
The above-mentioned conventional method for identifying the rigidity of a robot has the following problems. (1) In the prior art 1, each coefficient of the transfer function is identified, and a physical parameter is calculated from a nonlinear equation including the obtained coefficient. However, this nonlinear equation includes a product or division of the physical parameter, and the value of the physical parameter calculated by a subtle change in the coefficient of the transfer function greatly changes. Therefore, the value may be a physically impossible value (eg, a negative value). Therefore, the response characteristics of the identified transfer function may match those of the actual device, but the physical parameters obtained from the coefficients may be far apart from the actual device, making it difficult to control using the physical parameters. It is. That is, the rigidity is not identified here, but only the coefficient of the transfer function.

【0007】さらに,ここでは,1リンクマニピュレー
タについては同定可能であるが,次の理由により,2リ
ンク以上のマニピュレータについては同定が困難である
と考えられる。複数リンクマニピュレータでは,関節角
θやその微分値によって動特性が変化するため,線形な
伝達関数は存在せず,姿勢や動作によって伝達関数も変
化してしまう。即ち,ここでは伝達関数が変化しないと
いう前提の下にして伝達関数の同定を行っているが,伝
達関数そのものがロボットの場合には変化するため,正
確に伝達関数を同定することができない。いくらか正確
に伝達関数を同定するためには,パラメータ同定時に姿
勢や動作を限定するしかないが,この場合,固定信号も
限定されるため,同定された伝達関数の信頼性も低くな
る。さらに,姿勢や動作を限定するために,全領域での
モデルを得るためには,各姿勢や動作毎に伝達関数をそ
れぞれ同定する必要があり,それらから得られる物理パ
ラメータも姿勢や動作に応じて変化するという不合理な
状態が発生することが考えられるからである。
Further, in this case, it is possible to identify a one-link manipulator, but it is considered difficult to identify a manipulator having two or more links for the following reasons. In the multi-link manipulator, since the dynamic characteristics change depending on the joint angle θ and its differential value, there is no linear transfer function, and the transfer function also changes depending on the posture or motion. That is, the transfer function is identified here on the assumption that the transfer function does not change. However, since the transfer function itself changes in the case of a robot, the transfer function cannot be accurately identified. The only way to identify the transfer function somewhat accurately is to limit the attitude and motion at the time of parameter identification. However, in this case, the fixed signal is also limited, so that the reliability of the identified transfer function is low. Furthermore, in order to obtain a model in all regions in order to limit the posture and movement, it is necessary to identify the transfer function for each posture and movement, and the physical parameters obtained from them also depend on the posture and movement. This is because an irrational state of changing the state may occur.

【0008】(2)従来技術2では,手先に外力を加
え,その際に生じる弾性変形と外力とを計測し,関節の
剛性を同定している。しかし,主軸(垂直多関節ロボッ
トでは1〜3軸)に比べて手首軸軸(同4〜6軸)の剛
性は低く,手先に加えた外力によって大きく変化する。
従って,主軸と手首軸との両方の剛性を同時に計測する
場合,主軸の弾性変形が小さくなり,主軸の剛性を正確
に同定できない。このために,1つの軸の弾性変形が顕
著に現れるように,外力を加える姿勢及び外力を加える
方向を決定し,同時同定ではサーボ状態で姿勢を固定
し,独立同定では治具によって姿勢と他の軸とを固定し
ている。しかし,同時同定では関節剛性とサーボ剛性と
が合わさった剛性しか得られず,サーボ剛性は摩擦等の
影響によって大きくずれるため,同定された剛性からサ
ーボ剛性を差し引いて関節剛性を正確に得ることは困難
である。即ち,ここでは独立同定しか関節剛性を同定で
きず,この場合,図27で示されるような大がかりな治
具が必要となり,簡便に関節剛性を同定することができ
ない。さらに,ここではロボットの外部(手先位置)か
ら外力を加えているが,このときにはロボットが停止し
ているため,摩擦の影響が大きくなっている。従って,
産業用ロボット等では外力が弾性変形部に伝わらず,求
められる剛性はロボット動作時の剛性とは必ずしも一致
しない。本発明は,上記事情に鑑みてなされたものであ
り,その目的とするところは同定精度の高いロボットの
剛性同定方法及びその装置を提供することである。
(2) In the prior art 2, an external force is applied to the hand, and the elastic deformation and the external force generated at that time are measured to identify the rigidity of the joint. However, the rigidity of the wrist axis (4 to 6 axes) is lower than that of the main axis (1 to 3 axes in the case of the vertical articulated robot), and changes greatly due to an external force applied to the hand.
Therefore, when simultaneously measuring the rigidity of both the main shaft and the wrist shaft, the elastic deformation of the main shaft becomes small, and the rigidity of the main shaft cannot be accurately identified. For this purpose, the posture to apply the external force and the direction to apply the external force are determined so that the elastic deformation of one axis appears remarkably. In the simultaneous identification, the posture is fixed in the servo state. The axis is fixed. However, simultaneous identification can only provide the combined stiffness of the joint stiffness and the servo stiffness, and the servo stiffness is greatly deviated due to the effects of friction and so on. Have difficulty. That is, the joint stiffness can be identified only by the independent identification. In this case, a large jig as shown in FIG. 27 is required, and the joint stiffness cannot be easily identified. Further, in this case, an external force is applied from the outside of the robot (hand position). At this time, since the robot is stopped, the influence of friction is large. Therefore,
In an industrial robot or the like, the external force is not transmitted to the elastically deformable portion, and the required rigidity does not always coincide with the rigidity during the operation of the robot. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for identifying rigidity of a robot with high identification accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第1の発明は,少なくともロボットに取り付けられた
センサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛
性を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す
各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含む
パラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離し
た上で,個別に同定するロボットの剛性同定方法におい
て,外界センサ及び/又は内界センサからの出力データ
に対して周波数解析を施し,別途用意された非剛性パラ
メータと上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメー
タを同定することを特徴とするロボットの剛性同定方法
として構成されている。第2の発明は,少なくともロボ
ットに取り付けられたセンサからの出力データに基づい
て,上記ロボットの剛性を同定する方法であって,上記
ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメータ
又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非剛性
パラメータとに分離した上で,個別に同定するロボット
の剛性同定方法において,ロボットの弾性変形部から外
界センサの位置までのヤコビ行列又はその逆行列に相当
する行列を演算し,別途用意された非剛性パラメータに
基づいて上記弾性変形部にかかるモーメントを演算し,
上記外界センサの出力データとモーメントと行列とに基
づいて剛性パラメータを同定することを特徴とするロボ
ットの剛性同定方法である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for identifying the rigidity of a robot based on at least output data from a sensor attached to the robot. In the robot rigidity identification method for separately identifying each parameter representing the characteristics of the robot into a rigidity parameter or a parameter including rigidity inside and a non-rigidity parameter other than the parameters, an external sensor and / or an internal sensor are used. It is configured as a robot rigidity identification method that performs frequency analysis on output data from a field sensor and identifies rigidity parameters based on separately prepared non-rigidity parameters and the above frequency analysis results. . The second invention is a method for identifying the rigidity of the robot based on at least output data from a sensor attached to the robot, wherein each parameter representing the characteristics of the robot is stored with a rigidity parameter or rigidity inside. Separate the parameters to be included and the other non-rigid parameters and then individually identify the rigidity of the robot. In the method of identifying the rigidity of the robot, a matrix corresponding to the Jacobian matrix from the robot's elastic deformation part to the position of the external sensor or its inverse Is calculated, and the moment applied to the elastic deformation portion is calculated based on the separately prepared non-rigidity parameter,
A stiffness identification method for a robot, wherein a stiffness parameter is identified based on output data, a moment, and a matrix of the external sensor.

【0010】また,請求項3に係る発明は,少なくとも
ロボットに取り付けられたセンサからの出力データに基
づいて,上記ロボットの剛性を同定する方法であって,
上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメ
ータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非
剛性パラメータとに分離した上で,外界センサ及び/又
は内界センサからの出力データに対して周波数解析を施
し,別途同定した非剛性パラメータと上記周波数解析結
果とに基づいて剛性パラメータを同定するロボットの剛
性同定方法において,上記非剛性パラメータを同定する
に際し,該同定に用いるロボットの動作指令データ及び
上記センサからの出力データから,ロボットを剛体とし
て動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分
をそれぞれ除去した後の該動作指令データ及び出力デー
タに基づいて上記非剛性パラメータの同定を行うロボッ
トの剛性同定方法である。 また,請求項4に係る発明
は,少なくともロボットに取り付けられたセンサからの
出力データに基づいて,上記ロボットの剛性を同定する
方法であって,上記ロボットの特性を表す各パラメータ
を,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパラメータ
と,それ以外の非剛性パラメータとに分離した上で,ロ
ボットの弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ
行列又はその逆行列に相当する行列を演算し,別途同定
した非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかか
るモーメントを演算し,上記外界センサの出力データと
モーメントと行列とに基づいて剛性パラメータを同定す
るロボットの剛性同定方法において,上記非剛性パラメ
ータを同定するに際し,該同定に用いるロボットの動作
指令データ及び上記センサからの出力データから,ロボ
ットを剛体として動作する剛性モードでの固有振動数以
上の高周波成分をそれぞれ除去した後の該動作指令デー
タ及び出力データに基づいて上記非剛性パラメータの同
定を行うロボットの剛性同定方法である。
[0010] The invention according to claim 3 is at least as follows.
Based on output data from sensors attached to the robot
A method for identifying the stiffness of the robot,
Each parameter that represents the characteristics of the above robot is
Parameters that include internal data or rigidity, and other non-
Separated from the rigidity parameter, the external sensor and / or
Performs frequency analysis on output data from the internal sensor.
And the frequency analysis results
Stiffness of a robot that identifies stiffness parameters based on results
Identify the above non-rigid parameters in the method
At this time, the operation command data of the robot used for the identification and
From the output data from the above sensors, make the robot a rigid body
Frequency component higher than natural frequency in rigid mode
The operation command data and output data after removing
Robot that identifies the above non-rigid parameters based on the
This is a method for identifying the rigidity of a vehicle. The invention according to claim 4
Is at least from the sensor attached to the robot
Identify the stiffness of the robot based on the output data
A method comprising the steps of:
Is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside
And the other non-rigid parameters,
Jacobi from the elastically deformed part of the bot to the position of the external sensor
Calculate matrix corresponding to matrix or its inverse, and identify separately
Based on the determined non-rigidity parameter
Is calculated, and the output data of the external
Identify stiffness parameters based on moments and matrices
In the method for identifying the rigidity of a robot,
When identifying the data, the operation of the robot used for the identification
From the command data and the output data from the above sensor,
Below the natural frequency in the rigid mode in which the unit operates as a rigid body
The operation command data after removing the high frequency components
Of the above non-rigid parameters based on the
This is a method for identifying the rigidity of the robot that performs the determination.

【0011】また,請求項5に係る発明は,少なくとも
ロボットに取り付けられたセンサからの出力データに基
づいて,上記ロボットの剛性を同定する方法であって,
上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメ
ータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非
剛性パラメータとに分離した上で,外界センサ及び/又
は内界センサからの出力データに対して周波数解析を施
し,別途同定した非剛性パラメータと上記周波数解析結
果とに基づいて剛性パラメータを同定するロボットの剛
性同定方法において,上記非剛性パラメータを同定する
に際し,該同定に用いるロボットの動作指令データ及び
上記センサからの出力データを,それぞれロボットを剛
体として動作する剛性モードでの固有振動数成分のみと
なした後の該動作指令データ及び出力データに基づいて
上記非剛性パラメータの同定を行うことを特徴とするロ
ボットの剛性同定方法である。 また,請求項6に係る発
明は,少なくともロボットに取り付けられたセンサから
の出力データに基づいて,上記ロボットの剛性を同定す
る方法であって,上記ロボットの特性を表す各パラメー
タを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパラメータ
と,それ以外の非剛性パラメータとに分離した上で,ロ
ボットの弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ
行列又はその逆行列に相当する行列を演算し,別途同定
した非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかか
るモーメントを演算し,上記外界センサの出力データと
モーメントと行列とに基づいて剛性パラメータを同定す
るロボットの剛性同定方法において,上記非剛性パラメ
ータを同定するに際し,該同定に用いるロボットの動作
指令データ及び上記センサからの出力データを,それぞ
れロボットを剛体として動作する剛性モードでの固有振
動数成分のみとなした後の該動作指令データ及び出力デ
ータに基づいて上記非剛性パラメータの同定を行うこと
を特徴とするロボットの剛性同定方法である。さらに,
請求項7に係る発明は,上記請求項1〜6のいずれかに
記載のロボットの剛性同定方法において,上記剛性パラ
メータの同定に際して,ロボットの可動部の可動方向へ
の弾性変形のみならず,可動部の可動方向以外の所定方
向と,支持部の所定方向への弾性方向をも考慮したモデ
ルを用いることをその要旨とす る。
[0011] The invention according to claim 5 has at least
Based on output data from sensors attached to the robot
A method for identifying the stiffness of the robot,
Each parameter that represents the characteristics of the above robot is
Parameters that include internal data or rigidity, and other non-
Separated from the rigidity parameter, the external sensor and / or
Performs frequency analysis on output data from the internal sensor.
And the frequency analysis results
Stiffness of a robot that identifies stiffness parameters based on results
Identify the above non-rigid parameters in the method
At this time, the operation command data of the robot used for the identification and
The output data from the above sensors is
Only the natural frequency component in the rigid mode operating as a body
Based on the operation command data and output data after
Identifying the non-rigid parameter.
This is a bot rigidity identification method. Further, according to claim 6
Akira is based on at least the sensor attached to the robot.
The rigidity of the robot based on the output data of
Method that includes parameters that represent the characteristics of the robot.
Parameter, or a parameter containing rigidity inside
And the other non-rigid parameters,
Jacobi from the elastically deformed part of the bot to the position of the external sensor
Calculate matrix corresponding to matrix or its inverse, and identify separately
Based on the determined non-rigidity parameter
Is calculated, and the output data of the external
Identify stiffness parameters based on moments and matrices
When identifying the above-mentioned non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method, the operation command data of the robot used for the identification and the output data from the sensor are used to calculate the natural frequency component in the rigid mode in which the robot operates as a rigid body. carrying out the identification of the non-rigid parameter based on said operating command data and the output data after none only
This is a method for identifying rigidity of a robot characterized by the following. further,
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6 above.
In the rigidity identification method for a robot described above, when the rigidity parameter is identified, not only the elastic deformation of the movable part of the robot in the movable direction but also the elasticity of the movable part of the robot in the predetermined direction other than the movable direction and the elasticity of the support part in the predetermined direction. the use of model considering also the direction shall be the gist thereof.

【0012】また,請求項8に係る発明は,少なくとも
ロボットに取り付けられたセンサからの出力データに基
づいて,上記ロボットの剛性を同定する装置であって,
上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメ
ータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非
剛性パラメータとに分離した上で,それぞれを個別に同
定する第1の剛性パラメータ同定手段と第1の非剛性パ
ラメータ同定手段とを具備し,上記第1の剛性パラメー
タ同定手段が,外界センサ及び/又は内界センサからの
出力データに対して周波数解析を施す周波数解析手段を
含み,上記第1の非剛性パラメータ同定手段が別途同定
した非剛性パラメータと上記周波数解析結果とに基づい
て剛性パラメータを同定してなるロボットの剛性同定装
置において,上記第1の非剛性パラメータ同定手段が,
上記非剛性パラメータの同定に用いるロボットの動作指
令データから,ロボットを剛体として動作する剛性モー
ドでの固有振動数以上の高周波成分を除去した後の該動
作指令データをロボットに入力するものであることを特
徴とするロボットの剛性同定装置。
The invention according to claim 8 is an apparatus for identifying the rigidity of the robot based on at least output data from a sensor attached to the robot,
First stiffness parameter identification means for separately identifying each parameter representing the characteristics of the robot into a stiffness parameter or a parameter including stiffness therein, and other non-rigid parameters, and individually identifying each parameter. Non-rigid
Parameter identification means, the first rigid parameter
Means for identifying data from an external sensor and / or an internal sensor.
Frequency analysis means for performing frequency analysis on output data
The first non-rigid parameter identifying means is separately identified
Based on the obtained non-rigidity parameters and the above frequency analysis results
In the rigidity identification device for a robot, wherein the rigidity parameter is identified by the first method, the first non-rigidity parameter identification means includes:
Operating finger of robot used for identification of the above non-rigid parameter
From the command data, a rigid mode that operates the robot as a rigid body
After removing high-frequency components higher than the natural frequency
Operation data is input to the robot.
A device for identifying the rigidity of a robot.

【0013】また,請求項9に係る発明は,少なくとも
ロボットに取り付けられたセンサからの出力データに基
づいて,上記ロボットの剛性を同定する装置であって,
上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性パラメ
ータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以外の非
剛性パラメータとに分離した上で,それぞれを個別に同
定する第2の剛性パラメータ同定手段と第2の非剛性パ
ラメータ同定手段とを具備し,上記第2の剛性パラメー
タ同定手段が,ロボットの弾性変形部から外界センサの
位置までのヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列を
演算する行列演算手段と,別途上記第2の非剛性パラメ
ータ同定手段により同定された非剛性パラメータに基づ
いて上記弾性変形部にかかるモーメントを演算するモー
メント演算手段とを含み,上記外界センサの出力データ
とモーメントと行列とに基づいて剛性パラメータを同定
してなるロボットの剛性同定装置において,上記第2の
非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パラメータの
同定に用いるロボットの動作指令データから,ロボット
を剛体として動作する剛性モードでの固有振動数以上の
高周波成分を除去した後の該動作指令データをロボット
に入力するものであることを特徴とするロボットの剛性
同定装置である。また,請求項10に係る発明は,少な
くともロボットに取り付けられたセンサからの出力デー
タに基づいて,上記ロボットの剛性を同定する装置であ
って,上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛性
パラメータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ以
外の非剛性パラメータとに分離した上で,それぞれを個
別に同定する第3の剛性パラメータ同定手段と第3の非
剛性パラメータ同定手段とを具備し,上記第3の剛性パ
ラメータ同定手段が,外界センサ及び/又は内界センサ
からの出力データに対して周波数解析を施す周波数解析
手段を含み,上記第3の非剛性パラメータ同定手段が別
途同定した非剛性パラメータと上記周波数解析結果とに
基づいて剛性パラメータを同定してなるロボットの剛性
同定装置において,上記第3の非剛性パラメータ同定手
段が,上記非剛性パラメータの同定に用いるロボットの
動作指令データ及び上記センサからの出力データから,
ロボットを剛体として動作する剛性モードでの固有振動
数以上の高周波成分をそれぞれ除去した後の該動作指令
データ及び出力データに基づいて上記非剛性パラメータ
の同定を行うものであることを特徴とするロボットの剛
性同定装置である。 また,請求項11に係る発明は,少
なくともロボットに取り付けられたセンサからの出力デ
ータに基づいて,上記ロボットの剛性を同定する装置で
あって,上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛
性パラメータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ
以外の非剛性パラメータとに分離した上で,それぞれを
個別に同定する第4の剛性パラメータ同定手段と第4の
非剛性パラメータ同定手段とを具備し,上記第4の剛性
パラメータ同定手段が,ロボットの弾性変形部から外界
センサの位置までのヤコビ行列又はその逆行列に相当す
る行列を演算する行列演算手段と,別途上記第4の非剛
性パラメータ同定手段により同定された非剛性パラメー
タに基づいて上記弾性変形部にかかるモーメントを演算
するモーメント演算手段とを含み,上記外界センサの出
力データとモーメントと行列とに基づいて剛性パラメー
タを同定してなるロボットの剛性同定装置において,上
記第4の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パラ
メータの同定に用いるロボットの動作指令データ及び上
記センサからの出力データから,ロボットを剛体として
動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分を
それぞれ除去した後の該動作指令データ及び出力データ
に基づいて上記非剛性パラメータの同定を行うものであ
ることを特徴とするロボットの剛性同定装置である。
た,請求項12に係る発明は,少なくともロボットに取
り付けられたセンサからの出力データに基づいて,上記
ロボットの剛性を同定する装置であって,上記ロボット
の特性を表す各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性
を内部に含むパラメータと,それ以外の非剛性パラメー
タとに分離した上で,それぞれを個別に同定する第5の
剛性パラメータ同定手段と第5の非剛性パラメータ同定
手段とを具備し,上記第5の剛性パラメータ同定手段
が,外界センサ及び/又は内界センサからの出力データ
に対して周波数解析を施す周波数解析手段を含み,上記
第5の非剛性パラメータ同定手段が別途同定した非剛性
パラメータと上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラ
メータを同定してなるロボットの剛性同定装置におい
て,上記第5の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛
性パラメータの同定に用いるロボットの動作指令データ
及び上記センサからの出力データを,それぞれロボット
を剛体として動作する剛性モードでの固有振動数成分の
みとなした後の 該動作指令データ及び出力データに基づ
いて上記非剛性パラメータの同定を行うことものである
ことを特徴とするロボットの剛性同定装置である。
た,請求項13に係る発明は,少なくともロボットに取
り付けられたセンサからの出力データに基づいて,上記
ロボットの剛性を同定する装置であって,上記ロボット
の特性を表す各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性
を内部に含むパラメータと,それ以外の非剛性パラメー
タとに分離した上で,それぞれを個別に同定する第6の
剛性パラメータ同定手段と第6の非剛性パラメータ同定
手段とを具備し,上記第6の剛性パラメータ同定手段
が,ロボットの弾性変形部から外界センサの位置までの
ヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列を演算する行
列演算手段と,別途上記第6の非剛性パラメータ同定手
段により同定された非剛性パラメータに基づいて上記弾
性変形部にかかるモーメントを演算するモーメント演算
手段とを含み,上記外界センサの出力データとモーメン
トと行列とに基づいて剛性パラメータを同定してなるロ
ボットの剛性同定装置において,上記第6の非剛性パラ
メータ同定手段が,上記非剛性パラメータの同定に用い
るロボットの動作指令データ及び上記センサからの出力
データを,それぞれロボットを剛体として動作する剛性
モードでの固有振動数成分のみとなした後の該動作指令
データ及び出力データに基づいて上記非剛性パラメータ
の同定を行うものであることを特徴とするロボットの剛
性同定装置である。 また,請求項14に係る発明は,
上記請求項8〜13のいずれかに記載のロボットの剛性
同定装置において,上記剛性パラメータの同定に際し
て,ロボットの可動部の可動方向への弾性変形のみなら
ず,可動部の可動方向以外の所定方向と,支持部の所定
方向への弾性方向をも考慮したモデルを用いることをそ
の要旨とする。 尚,上記請求項1,3,5に係るロボッ
トの剛性同定方法は,「少なくともロボットに取り付け
られたセンサからの出力データに基づいて,上記ロボッ
トの剛性を同定する方法であって,上記ロボットの特性
を表す各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部
に含むパラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに
分離した上で,外界センサ及び/又は内界センサからの
出力データに対して周波数解析を施し,別途同定した非
剛性パラメータと上記周波数解析結果とに基づいて剛性
パラメータを同定する」という剛性同定にかかわる基本
的な構成を共通に しており,以下請求項1,3,5に係
るロボットの剛性同定方法の上記基本的な構成を「剛性
同定にかかわる第1の基本構成」という。 また,上記請
求項2,4,6に係るロボットの剛性同定方法は,「少
なくともロボットに取り付けられたセンサからの出力デ
ータに基づいて,上記ロボットの剛性を同定する方法で
あって,上記ロボットの特性を表す各パラメータを,剛
性パラメータ又は剛性を内部に含むパラメータと,それ
以外の非剛性パラメータとに分離した上で,ロボットの
弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ行列又は
その逆行列に相当する行列を演算し,別途同定した非剛
性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかかるモーメ
ントを演算し,上記外界センサの出力データとモーメン
トと行列とに基づいて剛性パラメータを同定する」とい
う剛性同定にかかわる基本的な構成を共通にしており,
以下請求項2,4,6に係るロボットの剛性同定方法の
上記基本的な構成を「剛性同定にかかわる第2の基本構
成」という。 また,請求項8,10,12に係るロボッ
トの剛性同定装置は,「少なくともロボットに取り付け
られたセンサからの出力データに基づいて,上記ロボッ
トの剛性を同定する装置であって,上記ロボットの特性
を表す各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部
に含むパラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに
分離した上で,それぞれを個別に同定する(第1,第
3,第5の)剛性パラメータ同定手段と(第1,第3,
第5の)非剛性パラメータ同定手段とを具備し,上記剛
性パラメータ同定手段が,外界センサ及び/又は内界セ
ンサからの出力データに対して周波数解析を施す周波数
解析手段を含み,上記非剛性パラメータ同定手段が別途
同定した非剛性パラメータと上記周波数解析結果とに基
づいて剛性パラメータを同定する」という剛性同定にか
かわる基本的な構成を共通にしており,以下請求項8,
10,12に係るロボットの剛性同定装置の上記基本的
な構成を「剛性同定にかかわる第3の基本構成」とい
う。 また,請求項9,11,13に係るロボットの剛性
同定装置は,「少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータと に分離した
上で,それぞれを個別に同定する(第2,第4,第6
の)剛性パラメータ同定手段と(第2,第4,第6)の
非剛性パラメータ同定手段とを具備し,上記剛性パラメ
ータ同定手段が,ロボットの弾性変形部から外界センサ
の位置までのヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列
を演算する行列演算手段と,別途上記非剛性パラメータ
同定手段により同定された非剛性パラメータに基づいて
上記弾性変形部にかかるモーメントを演算するモーメン
ト演算手段とを含み,上記外界センサの出力データとモ
ーメントと行列とに基づいて剛性パラメータを同定す
る」という剛性同定にかかわる基本的な構成を共通にし
ており,以下請求項9,11,13に係るロボットの剛
性同定装置の上記基本的な構成を「剛性同定にかかわる
第4の基本構成」という。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for identifying the rigidity of the robot based at least on output data from a sensor attached to the robot,
A second stiffness parameter identification means for separating each parameter representing the characteristics of the robot into a stiffness parameter or a parameter containing stiffness therein and a non-rigidity parameter other than the stiffness parameter, and individually identifying each parameter. Non-rigid
Parameter identification means, and the second rigid parameter
The data identification means detects the external sensor from the elastic deformation part of the robot.
A matrix corresponding to the Jacobi matrix up to the position or its inverse
Matrix operation means for performing the operation, and the second non-rigid parameter separately
Based on the non-rigid parameters identified by the
To calculate the moment applied to the elastic deformation part
And output data of the external sensor.
The stiffness parameters based on the moment, the matrix and
In the rigidity identification device for a robot ,
The non-rigid parameter identification means is configured to determine the non-rigid parameter
From the robot operation command data used for identification, the robot
Above the natural frequency in the rigid mode operating as a rigid body
The operation command data after removing high frequency components
A rigidity identification device for a robot, characterized in that it is input to a robot. The invention according to claim 10 has a small
At least the output data from the sensor attached to the robot
Is a device that identifies the rigidity of the robot based on the
Therefore, the parameters representing the above robot characteristics are
Parameters or parameters that contain stiffness internally,
After separating them into external non-rigid parameters,
A third stiffness parameter identifying means for separately identifying and a third non-stiffness parameter identifying means;
And rigidity parameter identification means.
The parameter identification means is an external sensor and / or an internal sensor;
Analysis that performs frequency analysis on output data from
And the third non-rigid parameter identification means is
Between the identified non-rigid parameter and the frequency analysis result
Stiffness of robot based on stiffness parameter identification
In the identification device, the third non-rigid parameter identification method
The step is the position of the robot used to identify the non-rigid parameter.
From the operation command data and the output data from the above sensor,
Natural vibration in rigid mode in which the robot operates as a rigid body
The operation command after removing more than a few high-frequency components respectively
The non-rigidity parameter based on the data and output data
Robot rigidity characterized by identifying
Sex identification device. In addition, the invention according to claim 11
Output data from sensors attached to the robot.
Is a device that identifies the stiffness of the robot based on data
The parameters representing the characteristics of the robot
Parameters that include the properties parameter or stiffness inside,
After separating them into non-rigid parameters other than
A fourth stiffness parameter identifying means for individually identifying and a fourth stiffness parameter identifying means;
Non-rigid parameter identification means,
The parameter identification means can detect the external
It corresponds to the Jacobi matrix up to the sensor position or its inverse matrix.
Matrix calculating means for calculating a matrix, and a fourth non-rigid
Non-rigid parameters identified by the sex parameter identification means
Calculate the moment applied to the elastic deformation part based on the data
And a moment calculating means for calculating the output of the external sensor.
Stiffness parameters based on force data, moments and matrices
Robot rigidity identification device
The fourth non-rigid parameter identification means may be a non-rigid parameter identifying means.
Robot operation command data used for meter identification
Robot as a rigid body from the output data from the sensor
High frequency components higher than the natural frequency in the stiffness mode that operates
The operation command data and output data after each removal
The above-mentioned non-rigidity parameter is identified based on
A rigidity identification device for a robot. Ma
In addition, the invention according to claim 12 is at least applied to a robot.
Based on the output data from the attached sensor,
An apparatus for identifying the rigidity of a robot, comprising:
Parameters representing the characteristics of
Parameters that contain
The fifth method is to separate each
Stiffness parameter identification means and fifth non-rigid parameter identification
Means for identifying the fifth rigidity parameter.
Is the output data from the external and / or internal sensors
Frequency analysis means for performing frequency analysis on
Non-rigidity separately identified by the fifth non-rigidity parameter identification means
Parameters based on the parameters and the above frequency analysis results.
In the robot rigidity identification device that identifies the meter
The fifth non-rigid parameter identifying means may
Command data of the robot used for identification of performance parameters
And the output data from the above sensors
Of the natural frequency component in the rigid mode that operates as a rigid body
Based on the operation command data and output data
And to identify the above non-rigid parameters.
A rigidity identification device for a robot, characterized in that: Ma
In addition, the invention according to claim 13 applies at least to the robot.
Based on the output data from the attached sensor,
An apparatus for identifying the rigidity of a robot, comprising:
Parameters representing the characteristics of
Parameters that contain
6
Stiffness parameter identification means and sixth non-rigid parameter identification
Means for identifying the sixth stiffness parameter.
Between the elastic deformation part of the robot and the position of the external sensor
Row for calculating the matrix corresponding to the Jacobi matrix or its inverse
A column calculating means, and a sixth non-rigid parameter identifying means
Based on the non-rigid parameter identified by the step
Calculation to calculate the moment applied to the deformable part
Means and the output data of the external sensor and the momentum.
Stiffness parameters are identified based on
In the bot rigidity identification device, the sixth non-rigid parameter
Meter identification means used to identify the above non-rigid parameters
Robot operation command data and output from the above sensor
The data is used to calculate the rigidity of the robot as a rigid body.
The operation command after only the natural frequency component in the mode
The non-rigidity parameter based on the data and output data
Robot rigidity characterized by identifying
Sex identification device. The invention according to claim 14 is:
The rigidity of the robot according to any one of claims 8 to 13.
In the identification device, when identifying the above stiffness parameters,
If only the elastic deformation of the movable part of the robot in the movable direction
And the predetermined direction other than the movable direction of the movable part and the predetermined
The use of a model that also considers the elastic direction in
The summary of the The robot according to the first, third, and fifth aspects of the present invention.
The method for identifying the rigidity of
Based on the output data from the sensor
This is a method to identify the rigidity of the robot.
Each parameter that represents stiffness parameter or stiffness
And other non-rigid parameters
Separated from external and / or internal sensors
Frequency analysis was performed on the output data, and the non-
Stiffness based on the stiffness parameter and the above frequency analysis results
Basics related to rigidity identification "identify parameters"
Configuration and has in common, engaging below claims 1, 3, 5
The above basic configuration of the robot rigidity identification method
The first basic configuration related to identification ". In addition,
The method for identifying the rigidity of a robot according to claims 2, 4, and 6
Output data from sensors attached to the robot.
Method to identify the rigidity of the robot based on the data
The parameters representing the characteristics of the robot
Parameters that include the properties parameter or stiffness inside,
After separating into non-rigid parameters other than
Jacobi matrix from the elastic deformation part to the position of the external sensor or
A matrix corresponding to the inverse matrix is calculated, and the non-rigid
Based on the elasticity parameter
The output data of the external sensor and the moment
Stiffness parameters are identified based on
The basic configuration related to rigidity identification is common,
The robot rigidity identification method according to claims 2, 4, and 6 is described below.
The above basic configuration is referred to as “the second basic configuration related to rigidity identification”.
"Mr." In addition, the robot according to claim 8, 10, or 12
The rigidity identification device of the
Based on the output data from the sensor
A device for identifying the rigidity of the robot
Each parameter that represents stiffness parameter or stiffness
And other non-rigid parameters
After separation, they are individually identified (first and
(3,5) stiffness parameter identification means and (1,3,3)
(Fifth) non-rigid parameter identification means;
If the means for identifying the sexual parameter is an external sensor and / or an internal sensor,
Frequency to perform frequency analysis on output data from sensor
Includes analysis means and separates the above non-rigid parameter identification means
Based on the identified non-rigid parameters and the above frequency analysis results
Stiffness parameters based on
The alternative basic configuration is common.
The above basics of the rigidity identification device of the robot according to 10, 12
Configuration is called "third basic configuration related to rigidity identification"
U. Further, the rigidity of the robot according to claim 9, 11, or 13 is provided.
The identification device says, “At least the security
Based on the output data from the sensor
Device that identifies the robot
Parameter is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside.
And parameters were separated into a non-rigid parameters otherwise
In the above, each is individually identified (second, fourth, sixth
Stiffness parameter identification means and (second, fourth, sixth)
Non-rigid parameter identification means,
The data identification means uses an external sensor from the elastic deformation part of the robot.
Matrix corresponding to the Jacobi matrix up to the position or its inverse
Matrix operation means for calculating the non-rigidity parameter
Based on the non-rigid parameters identified by the identification means
Moment for calculating the moment applied to the elastic deformation part
And the output data of the external sensor and the
Stiffness parameters based on the
Common to the basic configuration related to rigidity identification
The rigidity of the robot according to claims 9, 11, and 13
The above basic configuration of the gender identification device
"Fourth basic configuration".

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】及びDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION AND

【実施例】以下添付図面を参照して,本発明の実施の形
態及び実施例につき説明し,本発明の理解に供する。
尚,以下の実施の形態及び実施例は,本発明を具体化し
た一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格の
ものではない。ここに,図1は上記剛性同定にかかわる
第1の基本構成を適用可能な第1の装置A1の概略構成
を示す模式図,図2,図3は上記装置A1の動作例を示
す説明図,図4は上記剛性同定かかわる第1の基本構成
を適用可能な第2の装置A2の概略構成を示す模式図,
図5〜図7は上記剛性同定にかかわる第1の基本構成
ともに用いられる,本発明の非剛性パラメータ同定にか
かわる方法を適用可能な第3〜第5の装置A3〜A5の
概略構成を示す模式図,図8は上記剛性同定にかかわる
第2の基本構成を適用可能な第6の装置A6の概略構成
を示す模式図,図9〜図23は厳密モデル又は簡略化モ
デルM1〜M10等を示す説明図,図24は上記剛性同
定にかかわる第1の基本構成の変形例に係る第7の装置
A7の概略構成を示す模式図,図25は上記剛性同定に
かかわる第2の基本構成の変形例に係る第8の装置A8
の概略構成を示す模式図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments and examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
The following embodiments and examples are mere examples embodying the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention. Here, Fig. 1 relates to the above rigidity identification .
Schematic diagram showing a schematic configuration of a first basic configuration applicable first device A1, 2, 3 is an explanatory view showing an operation example of the apparatus A1, the first base 4 is involved identifying the stiffness Constitution
Is a schematic diagram showing a schematic configuration of a second device A2 to which can be applied ,
FIGS. 5 to 7 show the non-rigidity parameter identification of the present invention which is used together with the first basic configuration relating to the rigidity identification .
Schematic diagram showing a schematic configuration of applicable third to fifth device A3~A5 how alternative, FIG. 8 according to the stiffness identification
FIG. 9 to FIG. 23 are schematic diagrams showing a strict model or simplified models M1 to M10 and the like, and FIG. 24 is a diagram showing the rigidity of the sixth device A6 to which the second basic configuration can be applied.
FIG. 25 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a seventh device A7 according to a modification of the first basic configuration relating to the rigidity , and FIG.
Eighth device A8 according to a modification of the second basic configuration involved
It is a schematic diagram which shows the schematic structure of.

【0015】〔請求項1,3,5,8,10,12に係
発明〕請求項1,3,5に係るロボットの剛性同定方法は,上
記剛性同定にかかわる第1の基本構成をそれぞれ備えて
おり,上記請求項1,3,5に係るロボットの剛性同定
方法がそれぞれ適用可能な上記請求項8,10,12に
係るロボットの剛性同定装置は,図1に示す如く,上記
剛性同定にかかわる第3の基本構成を備える。以下で
は,請求項8,10,12に係るロボットの剛性同定装
置の実施例は,上記請求項1,3,5に係るロボットの
剛性同定方法 の実施例に含めて説明する。
[ According to Claims 1, 3, 5, 8, 10, 12 ]
That INVENTION stiffness identification method of a robot according to claim 1, 3 and 5, the upper
With the first basic configuration related to the rigidity identification
And the rigidity identification of the robot according to claim 1, 3, or 5.
Claims 8, 10, and 12 wherein the method is applicable respectively.
Such a rigidity identification device for a robot is, as shown in FIG.
A third basic configuration related to rigidity identification is provided. Below
Is a robot rigidity identification device according to claims 8, 10, and 12.
The embodiment of the installation is the robot according to the first, third and fifth aspects.
The rigidity identification method will be described as being included in an embodiment.

【0016】まず,上記剛性同定にかかわる第1の基本
構成の実施例(及び上記剛性同定にかかわる第3の基本
構成の実施例,以下同様)についてその基本原理を中心
に説明を加える。尚,ここでは,6軸垂直多関節ロボッ
トを対象とした例を示すが,主としてアーム部(関節で
言えば主軸である1〜3軸)の剛性の同定について述べ
ることとし,手首部(関節で言えば手首軸である4〜6
軸)については次の理由により説明を割愛する。即ち,
手首軸では弾性変形や慣性の変形よりも摩擦の影響が強
く,剛性を同定しても制御等で使用することはほとんど
ないため,剛性を同定する必要があまりないためであ
る。但し,手首軸の剛性同定も主軸の剛性の同定方法と
同様に同定可能であり,ここで注意しなければならない
ことは摩擦の影響を十分考慮することだけである。摩擦
の影響を取り除く1つの方法としては,同定時に手首軸
に入力される同定信号に,比較的高い周波数からなるデ
ィザー信号を重畳させ,同定計算時にディザー信号成分
を同定データから取り除き同定を行えば,摩擦の影響を
キャンセルすることができる。
First, the first basics relating to the above rigidity identification
Embodiment of the configuration (and the third basics related to the above rigidity identification)
Embodiments of the configuration, the same applies hereinafter) will be described focusing on the basic principle. Here, an example is shown for a 6-axis vertical articulated robot, but the identification of the stiffness of the arm section (main axes 1 to 3 in terms of joints) will be mainly described, and the wrist section (joint joints) will be described. Speaking of the wrist axis 4-6
The description of (axis) is omitted for the following reason. That is,
This is because the effect of friction on the wrist axis is greater than that of elastic deformation or inertia deformation, and stiffness is hardly used for control or the like even if stiffness is identified, so there is little need to identify stiffness. However, the rigidity of the wrist shaft can be identified in the same manner as the method of identifying the rigidity of the main shaft, and the only thing to pay attention to here is to sufficiently consider the influence of friction. One method of removing the influence of friction is to superimpose a dither signal consisting of a relatively high frequency on the identification signal input to the wrist axis at the time of identification, and remove the dither signal component from the identification data during identification calculation to perform identification. , Can cancel the effect of friction.

【0017】図1は6軸垂直多関節パラレルリンクロボ
ットに適用した場合を示す。ここでは,ロボット1を任
意の姿勢に固定し,ハンマリングによって振動を発生さ
せ,手先に配置した加速度センサ2によってその振動を
とらえる。この加速度センサ2によってとらえた振動信
号を周波数解析部3(周波数解析手段に相当)に導い
て,ここでFFT等の周波数解析を施し,その解析結果
と別途求められてメモリ4に記憶されている剛性パラメ
ータ又は剛性を内部に含むパラメータ以外のパラメータ
(非剛性パラメータ)を用いて剛性パラメータを同定部
5(第1,第3,又は第5の剛性パラメータ同定手段に
相当)にて同定する。今,非剛性パラメータとしてロボ
ットのアーム部の慣性パラメータや粘性パラメータが与
えられているものとする。そのとき,ある姿勢での関節
角度θが与えられれば,アーム部の慣性パラメータから
アーム部の慣性行列JA (θ)が算出される。例えば,
手首軸を無視し,3リンクパラレルリンクマニピュレー
タとすれば,慣性行列JA (θ)は次式で与えられる。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a 6-axis vertical articulated parallel link robot. Here, the robot 1 is fixed in an arbitrary posture, vibration is generated by hammering, and the vibration is captured by the acceleration sensor 2 arranged at the hand. The vibration signal captured by the acceleration sensor 2 is guided to a frequency analysis unit 3 (corresponding to a frequency analysis unit), where a frequency analysis such as FFT is performed, and the analysis result is separately obtained and stored in the memory 4. The stiffness parameter is identified by the identification unit 5 (corresponding to the first , third, or fifth stiffness parameter identification means) using a stiffness parameter or a parameter (a non-stiffness parameter) other than a parameter including stiffness therein. Now, it is assumed that the inertia parameter and the viscosity parameter of the arm of the robot are given as non-rigid parameters. At this time, if the joint angle θ in a certain posture is given, the arm inertia matrix J A (θ) is calculated from the arm inertia parameter. For example,
If the wrist axis is ignored and the three-link parallel link manipulator is used, the inertia matrix J A (θ) is given by the following equation.

【0018】[0018]

【数4】 ただし,関節角ベクトルはθ=〔θ1 θ2 θ3 T であ
り,J2 ,J3 ,J23はアーム部の慣性パラメータの一
部であり,JA1(θ)もアーム慣性パラメータとθとか
ら算出可能な値である。
(Equation 4) Here, the joint angle vector is θ = [θ 1 θ 2 θ 3 ] T , J 2 , J 3 , and J 23 are a part of the arm inertia parameter, and J A1 (θ) is also the arm inertia parameter. It is a value that can be calculated from θ.

【0019】以上の準備のもと,加速度センサのデータ
を周波数解析すれば,固有振動数等のデータを得ること
ができる。いま,図1においてX−Z平面上の振動に着
目すれば,W2 ,W3 方向の固有振動数ω2 ,ω3 がそ
れぞれ第2リンク,第3リンクの固有振動数と一致し,
ω2 ≧ω3 ならば次式が成り立つ。
If the data of the acceleration sensor is subjected to frequency analysis with the above preparation, data such as the natural frequency can be obtained. Now, focusing on the vibration on the XZ plane in FIG. 1, the natural frequencies ω 2 and ω 3 in the W 2 and W 3 directions match the natural frequencies of the second and third links, respectively.
If ω 2 ≧ ω 3 , the following equation holds.

【数5】 ただし,K2 ,K3 は第2,第3関節の各バネ定数であ
る。
(Equation 5) Here, K 2 and K 3 are the respective spring constants of the second and third joints.

【0020】[0020]

【数6】 によって第2,第3関節の各バネ定数K2 ,K3 が決定
される。またω2 ≦ω 3 ならば上記(3)式において平
方根の+−が反転するだけである。一方,Y軸方向の固
有振動数ω1 に注目すれば,同様に第1関節のバネ定数
1 が次式により与えられる。
(Equation 6)The spring constants K of the second and third jointsTwo, KThreeIs decided
Is done. Also ωTwo≤ω ThreeThen, in equation (3) above,
Only +-of the root is inverted. On the other hand, the Y-axis direction
Frequency ω1Notice that the spring constant of the first joint
K1Is given by the following equation.

【数7】 (Equation 7)

【0021】即ち,第1関節のバネ定数を求める場合に
は,バネ定数K1 は慣性パラメータJ1 と固有振動数ω
1 との積で表される簡便な式で与えられる。従って,慣
性パラメータが既知であれば,周波数解析を行った結
果,従来技術1に比べて容易にバネ定数を求めることが
可能である。また,第2,第3関節の各バネ定数K2
3 については,平方根等を含む式で表されているが,
これは第2リンクと第3リンクとの干渉によるためであ
り,従来技術1の2リンクマニピュレータに対する場合
と同様である。従来技術1では干渉を外乱として別途伝
達関数で近似し,この外乱の伝達関数を同定しているに
も拘わらずその情報を用いていない。即ち,伝達関数の
形で扱っているため,外乱情報を取り出すことができ
ず,外乱以外の伝達関数のみから物理パラメータを導出
している。これに対し,上記剛性同定にかかわる第1の
基本構成の実施例では,従来技術1で外乱として表され
ている干渉や姿勢の変化などの有用な情報をも取り入
れ,より正確な値を同定するためにバネ定数の式が少し
複雑になっている。ただし,この複雑さも,従来技術1
での非線形方程式から物理パラメータを求めることより
は数段簡便である。
That is, when obtaining the spring constant of the first joint, the spring constant K 1 is determined by the inertia parameter J 1 and the natural frequency ω
It is given by a simple formula expressed as the product of 1 . Therefore, if the inertia parameter is known, as a result of performing the frequency analysis, the spring constant can be easily obtained as compared with the related art 1. Also, the spring constants K 2 of the second and third joints,
K 3 is expressed by an equation including a square root, etc.
This is due to interference between the second link and the third link, and is the same as in the case of the two-link manipulator of the first related art. In the prior art 1, interference is separately approximated by a transfer function as a disturbance, and the information is not used although the transfer function of the disturbance is identified. That is, since the information is handled in the form of a transfer function, disturbance information cannot be extracted, and physical parameters are derived only from transfer functions other than disturbance. On the other hand, the first
In the embodiment of the basic configuration, useful information such as interference and attitude change expressed as a disturbance in the prior art 1 is also incorporated, and the expression of the spring constant is slightly complicated in order to identify a more accurate value. I have. However, this complexity is the same as in the prior art 1
It is several steps simpler than obtaining physical parameters from the nonlinear equation in

【0022】以上のように,ある姿勢においてハンマリ
ングを行い,X,Y,Z方向の加速度の周波数解析を行
うだけで,各関節のバネ定数を求めることができるが,
さらに同定されたバネ定数の精度を上げるためには,様
々な姿勢1,2,…においてハンマリングを行い,次式
に基づき最小自乗法等によって各バネ定数を求めればよ
い。
As described above, the spring constant of each joint can be obtained simply by performing hammering in a certain posture and performing frequency analysis of the acceleration in the X, Y, and Z directions.
In order to further improve the accuracy of the identified spring constants, hammering is performed in various postures 1, 2,... And the respective spring constants may be obtained by the least square method or the like based on the following equation.

【数8】 上記(5)式では各バネ定数単体の式のみで最小自乗法
などを行うように記述しているが,さらに各バネ定数単
体の式だけではなく,例えば次のような関係を同時に用
いてもよい。
(Equation 8) In the above equation (5), it is described that the least square method or the like is performed only with the expression of each spring constant alone. However, not only the expression of each spring constant but also the following relationship can be used simultaneously. Good.

【0023】[0023]

【数9】 ここでは,加速度センサを手先部に配置したが,任意の
箇所に配置してもよく,またハンマリングによって殴打
する箇所についてもどこでもよい。また従来技術2で
は,大がかりな治具を必要とするか,もしくは特定の姿
勢を保持し,手先部に特定の方向に外力を加える必要が
あった。これに対し,上記剛性同定にかかわる第1の基
本構成の実施例では,治具等は全く必要なく,また任意
の姿勢で任意の箇所に任意の方向にハンマリングを行う
ことが可能である。従って,特定の姿勢しか行わないこ
とによる情報の欠落や手先部に外力を加えることによる
手首(4〜6軸)の柔軟性による主軸(1〜3軸)の剛
性同定誤差の増大等を防ぐことができる。
(Equation 9) Here, the acceleration sensor is disposed at the hand, but may be disposed at an arbitrary position, and may be hit at any position by hammering. Further, in the prior art 2, it is necessary to use a large jig or to maintain a specific posture and apply an external force to the hand portion in a specific direction. On the other hand, the first
In the embodiment of this configuration, no jig or the like is required at all, and it is possible to perform hammering at an arbitrary position in an arbitrary direction in an arbitrary direction. Therefore, it is possible to prevent loss of information due to performing only a specific posture and increase in rigidity identification errors of the main shaft (1 to 3 axes) due to flexibility of the wrist (4 to 6 axes) due to application of an external force to the hand. Can be.

【0024】また,上記剛性同定にかかわる第1の基本
構成の実施例では,外界センサとして加速度センサを用
いたが,要は周波数解析によって固有振動数等が特定で
きればよい。従って,外界センサとしては加速度センサ
に限らず,例えば各速度センサやジャイロあるいは変位
センサ等の位置センサをも用いることができる。さらに
は,上記剛性同定にかかわる第1の基本構成の実施例
は,周波数解析によってえられる固有振動数からバネ定
数を同定したが,固有振動数だけでなく,任意の周波数
におけるゲインや位相情報からも同様にバネ定数とそれ
らゲイン,位相の関係が導出可能であり,それら関係に
基づき,同様にバネ定数を同定可能である。ただし,今
回示した固有振動数を用いる方法の方が,ゲインや位相
から同定するよりも精度よくバネ定数を導出できる。
Further, the first basics relating to the above rigidity identification
In the embodiment of the configuration, the acceleration sensor is used as the external sensor, but the point is that the natural frequency and the like can be specified by frequency analysis. Therefore, the external sensor is not limited to the acceleration sensor, but may be a position sensor such as a speed sensor, a gyro, or a displacement sensor. Furthermore, in the embodiment of the first basic configuration relating to the rigidity identification, the spring constant was identified from the natural frequency obtained by the frequency analysis, but not only at the natural frequency but also at an arbitrary frequency. Similarly, the relationship between the spring constant and the gain and phase can be derived from the gain and phase information, and the spring constant can be similarly identified based on the relationship. However, the method using the natural frequency shown this time can derive the spring constant more accurately than the identification based on the gain and the phase.

【0025】ところで,上記では,任意の姿勢を前提と
した同定方法を記述したが,図2に示すように,ロボッ
ト1の第3リンクの重心位置が第2リンクと直交する姿
勢では,干渉項がなくなる。従って,J23cos(θ3
−θ2 )が0となり,第2,第3関節のバネ定数同定時
に使用した平方根等を含む式がさらに簡略化されて次の
ようになる。
In the above description, the identification method is described assuming an arbitrary posture. However, as shown in FIG. 2, when the position of the center of gravity of the third link of the robot 1 is perpendicular to the second link, the interference term Disappears. Therefore, J 23 cos (θ 3
−θ 2 ) becomes 0, and the equation including the square root used when identifying the spring constants of the second and third joints is further simplified as follows.

【数10】 このように容易にバネ定数を求めることができる。ただ
し,干渉項がなくなるのはパラレルリンクマニピュレー
タの場合だけであり,シリアルリンクマニピュレータで
は干渉項は小さくなるもののなくならない。従って,正
確には先に示した(3)式で第2,第3関節のバネ定数
が表される。また,ここでは姿勢が限定されるため,他
の姿勢における情報が得られず,同定されたバネ定数の
精度が劣化することも考えられる。
(Equation 10) Thus, the spring constant can be easily obtained. However, the interference term disappears only in the case of the parallel link manipulator, and in the case of the serial link manipulator, the interference term becomes small but does not disappear. Therefore, to be precise, the spring constants of the second and third joints are expressed by the above-described equation (3). Further, since the posture is limited here, information in other postures cannot be obtained, and the accuracy of the identified spring constant may be degraded.

【0026】上記図1,図2では,ハンマリングによっ
て振動を励起し,その振動を解析することによって,バ
ネ定数を同定した。しかし,ハンマリングや手先部に外
力を加えるだけでは,ロボット動作時に弾性変形を起こ
している減速機等の箇所に力が加わらない。このため,
それら動作時の弾性変形箇所の剛性を測定できない場合
がある。そこで,図3に示すように,ロボット1を点線
の位置から実線の位置に移動して急速に減速させ,その
時の振動を測定する。こうすれば,実際にロボット動作
時に弾性変形する箇所が変形し,求めるべき剛性が同定
できる。あるいは,図4に示すように,ロボット1を任
意に動作させ,ロボットが剛体リンクである場合に手先
が移動するであろう位置あるいは速度あるいは加速度
を,各関節のモータからの出力を順変換部6で順変換す
ることによって導出する。そして,外界センサ2の出力
との差を求めることにより,弾性変形によって生じる外
界センサ成分のみを抽出する。抽出されたデータを周波
数解析部3によって周波数解析を施し,上記と同様の処
理を行えば,実際にロボット動作時に弾性変形する箇所
のバネ定数を同定できる。
In FIGS. 1 and 2, the vibration constant is excited by hammering, and the vibration is analyzed to identify the spring constant. However, merely applying an external force to the hammering or the hand does not apply a force to a portion of the speed reducer or the like that is elastically deformed during the operation of the robot. For this reason,
In some cases, the stiffness of the elastically deformed portion during these operations cannot be measured. Therefore, as shown in FIG. 3, the robot 1 is moved from the position indicated by the dotted line to the position indicated by the solid line, is rapidly decelerated, and the vibration at that time is measured. In this way, the portion that is actually elastically deformed during the operation of the robot is deformed, and the rigidity to be obtained can be identified. Alternatively, as shown in FIG. 4, the robot 1 is arbitrarily operated, and when the robot is a rigid link, the position or speed or acceleration at which the hand will move is converted into the output from the motor of each joint. It is derived by performing the forward conversion in 6. Then, by calculating the difference from the output of the external sensor 2, only the external sensor component generated by the elastic deformation is extracted. By performing frequency analysis on the extracted data by the frequency analysis unit 3 and performing the same processing as described above, it is possible to identify the spring constant of a portion that is elastically deformed when the robot actually operates.

【0027】以上のように,上記剛性同定にかかわる第
1の基本構成の実施例では,周波数解析によって固有振
動数等がよく一致する剛性パラメータが得られる。ま
た,非剛性パラメータを別途求めることによって従来技
術1におけるような線形化による問題が発生せず,複数
リンクマニピュレータに対しても容易に適用可能であ
る。さらに,内界センサで計測不能なロボットの関節角
度あるいは角加速度あるいは角加速度等に相当するデー
タを外界センサから得ることによって,より正確に剛性
パラメータを同定可能である。引き続いて,上記剛性同
定にかかわる第1の基本構成とともに用いるものであっ
て,請求項1,3,5に係る発明の特徴点となる非剛性
パラメータの同定にかかわる構成(求項8,10,12
に係る発明の特徴点となる非剛性パラメータの同定にか
かわる構成,以下同様)について説明する。上記請求項
1に係るロボットの剛性同定方法が適用可能な上記請求
項8に係るロボットの剛性同定装置における非剛性パラ
メータの同定にかかわる構成を図5に示す。通常,同定
信号(同定データを得るために制御対象に入力する信
号)としては,従来技術1でも述べられているように,
M系列信号や白色雑音等の低周波から高周波まで広い帯
域を含んだ信号が用いられる。しかし,非剛性パラメー
タを同定する際には,通常,同定モデルは剛体モデルで
記述され,マニピュレータが剛体として動作する必要が
ある。このため,高周波を含む同定信号を入力した場合
には固有振動が励起され,ロボット1が剛体モデルで記
述できない動きをするため,精度よく非剛性パラメータ
を同定できない。そこで,図5の同定信号生成部7によ
り,例えば次式で表される同定信号uを生成し,角周波
数ωn を固有振動数よりも十分小さくとる。
As described above, the stiffness identification
In the embodiment of the first basic configuration, a stiffness parameter whose natural frequency and the like match well by frequency analysis can be obtained. In addition, by separately obtaining the non-rigidity parameter, the problem due to linearization as in the related art 1 does not occur, and the non-rigidity parameter can be easily applied to a multiple link manipulator. Furthermore, by obtaining data corresponding to the joint angle, angular acceleration, or angular acceleration of the robot that cannot be measured by the internal sensor from the external sensor, the rigidity parameter can be more accurately identified. Subsequently, the rigidity
Used together with the first basic configuration
Therefore, non-rigidity which is a feature of the invention according to claims 1, 3, and 5
Configurations related to parameter identification (claims 8, 10, 12
To identify the non-rigidity parameter that is the feature of the invention according to
An alternative configuration, hereinafter the same) will be described. Claims above
Claim 1 to which the method for identifying rigidity of a robot according to Claim 1 is applicable.
Item 8. Non-rigid parameter in the robot rigidity identification device according to item 8.
FIG. 5 shows a configuration related to the identification of the meter . Usually, as described in the related art 1, as an identification signal (a signal input to a control target to obtain identification data),
A signal including a wide band from a low frequency to a high frequency such as an M-sequence signal or white noise is used. However, when identifying non-rigid parameters, the identification model is usually described by a rigid body model, and the manipulator needs to operate as a rigid body. For this reason, when an identification signal including a high frequency is input, natural vibrations are excited, and the robot 1 makes a motion that cannot be described by a rigid body model, so that a non-rigid parameter cannot be accurately identified. Therefore, the identification signal generating unit 7 of FIG. 5, for example, generates an identification signal u represented by the following formula, taking the angular frequency omega n sufficiently smaller than the natural frequency.

【0028】[0028]

【数11】 但し,An は振幅,φn は位相ずれである。このとき得
られたデータに基づき同定部8により非剛性パラメータ
を同定し,メモリ9に記憶する。そして,この同定結果
は上記ロボットの剛性同定に供される。あるいは,図6
に示すように,同定信号生成部7からの出力を,フィル
タ10によってフィルタリング等することにより,固有
振動を励起する高周波を除去した上で,各モータに指令
すればよい(尚,装置A3,又は装置A4における同定
信号生成部7と同定部8とが,第1の非剛性同定手段に
相当する)。これにより実機ロボット等においても簡便
に上述の同定信号uを得ることができる。例えば,ロボ
ット1の各関節のモータのドライバがアナログ入力であ
る場合,モータドライバの入力端子の前にアナログフィ
ルタを挿入するだけでよい。しかし,最近デジタル入力
のモータドライバも普及しつつあり,アナログフィルタ
によってドライバ入力をフィルタリングできない場合が
ある。また,ロボットの動作上の制限やロボットコント
ローラの制限等によりフィルタリングされた同定信号や
同定動作そのものが実施できない場合もある。これらの
場合には,通常通りロボットを動作させたデータや高周
波成分を含むロボットへの指令によって,ロボットが動
作されたデータから,同定を行う必要がある。図7に示
すのは,高周波を含むロボットの入出力データ(同定デ
ータ)をそれぞれフィルタ10によってフィルタリング
等することにより,高周波を除去するものであり,上記
請求項3に係るロボットの剛性同定方法が適用可能な上
記請求項10に係るロボットの剛性同定装置の非剛性パ
ラメータの同定にかかわる構成である。装置A5におけ
る同定部8,フィルタ10が第3の非剛性パラメータ同
定手段に相当する。この場合,フィルタリングされた同
定信号を入力した場合と同様の効果を容易に実現するこ
とができる。この手続を以下の数式で示す。まず3リン
クマニピュレータにおいて,第1リンクを固定した場合
の第2リンクの運動方程式は以下の通りである。
[Equation 11] Here, An is the amplitude, and φ n is the phase shift. The non-rigidity parameter is identified by the identification unit 8 based on the data obtained at this time, and stored in the memory 9. This identification result is used for rigidity identification of the robot. Alternatively, FIG.
As shown in (1), the output from the identification signal generation unit 7 may be filtered by a filter 10 to remove the high frequency that excites the natural vibration, and then commanded to each motor (the device A3 or A3). Identification in device A4
Signal generation unit 7 and identification unit 8 serve as first non-rigid identification means
Equivalent) . This makes it possible to easily obtain the above-mentioned identification signal u even in an actual robot or the like. For example, when the motor driver of each joint of the robot 1 has an analog input, it is only necessary to insert an analog filter in front of the input terminal of the motor driver. However, recently, digital input motor drivers are becoming widespread, and there are cases where the driver input cannot be filtered by an analog filter. Further, there is a case where the filtered identification signal or the identification operation itself cannot be performed due to a limitation on the operation of the robot or a limitation of the robot controller. In these cases, it is necessary to perform identification from data on the operation of the robot in accordance with data on the operation of the robot as usual and instructions to the robot including high-frequency components. As shown in FIG.
This is to remove the high frequency by filtering the input / output data (identification data) of the robot including the high frequency with the filter 10, respectively.
The robot rigidity identification method according to claim 3 is applicable.
The non-rigid part of the robot rigidity identification device according to claim 10.
This is a configuration related to parameter identification. In device A5
Identification unit 8 and filter 10 have the same third non-rigidity parameter.
It corresponds to the setting means. In this case, the same effect as when the filtered identification signal is input can be easily realized. This procedure is shown by the following formula. First, in the three-link manipulator, the equation of motion of the second link when the first link is fixed is as follows.

【0029】[0029]

【数12】 この運動方程式に基づき,様々な姿勢において得られる
データを用いて行列表現で記述すれば次のようになる。
(Equation 12) Based on this equation of motion, the data can be described in a matrix expression using data obtained in various postures as follows.

【数13】 通常の同定方法では,この行列表現に基づき最小自乗法
などによって慣性パラメータJ2 ,J23を同定する。し
かし,ここでは上記(10)式の両辺をフィルタリング
する。すなわち,上記(10)式の慣性パラメータ
2 ,J23以外の行列,ベクトル要素をそれぞれフィル
タリングし,次式で得られる行列表現によって最小自乗
法などを用いてパラメータを同定すればよい。
(Equation 13) In an ordinary identification method, the inertia parameters J 2 and J 23 are identified based on the matrix expression by a least square method or the like. However, here, both sides of the above equation (10) are filtered. That is, the matrix and vector elements other than the inertia parameters J 2 and J 23 in the above equation (10) are each filtered, and the parameters may be identified using the least square method or the like by the matrix expression obtained by the following equation.

【0030】[0030]

【数14】 ここで,図7における前処理部11は,ロボット1の非
線形性を補償するためのものであり,上記フィルタリン
グ前の各行列,ベクトルの非線形な各要素を算出してい
る。上記では,ロボットを剛体として動作する剛体モー
ドでの慣性の同定について主に記述した。上述の非剛体
パラメータの同定方法は,上記剛体モードでの慣性の同
定に特に有効ではあるが,同様にパラメータとして粘性
や重力パラメータを組み込めば,それらのパラメータに
ついても精度よく同定可能である。
[Equation 14] Here, the pre-processing unit 11 in FIG. 7 is for compensating for the non-linearity of the robot 1, and calculates each non-linear element of each matrix and vector before filtering. In the above, identification of inertia in the rigid body mode in which the robot operates as a rigid body has been mainly described. Although the above-described method for identifying non-rigid parameters is particularly effective for identifying inertia in the rigid mode, similarly, if viscosity and gravity parameters are incorporated as parameters, those parameters can also be accurately identified.

【0031】ところで,上記剛性同定にかかわる第1の
基本構成の実施例では,剛体モードでの慣性ではなく,
負荷側(アーム部)の慣性が必要である。この負荷側の
慣性を得るためには,剛体モードの慣性から減速機入力
側の慣性を差し引けばよい。減速機入力側の慣性として
は,モータのロータ慣性や減速機のインプットギアなど
があるが,それらの値はカタログ等から容易に得ること
ができる。また,そのカタログ値の精度は,通常は非常
に高いものである。従って,カタログから入力側慣性を
算出してもなんら差し支えがなく,容易に精度のよい値
を得ることができる。さらに,上記ではフィルタリング
等によって固有振動を励起しないようにしたが,逆に固
有振動を励起させて固有振動時のデータから負荷側の慣
性パラメータを得ることができる。この時の構成は図7
に示される通りであるが,上記と違うのは,フィルタリ
ング特性等である(尚,請求項5に係るロボットの剛性
同定方法,及び請求項12に係るロボットの剛性同定方
法に相当し,図7においてフィルタリング特性等が異な
らされたフィルタ10,及び同定部8が第5の非剛性パ
ラメータ同定手段に相当する)。どのようにして負荷側
慣性や摩擦を得るかといえば,固有振動時にはモータは
ほとんど動かず,負荷(アーム)だけが振動している状
態となる。この時,ロボットの運動方程式からモータに
関する状態を削除することができるため,運動方程式は
次のようになる。
By the way, the first related to the rigidity identification is as follows.
In the embodiment of the basic configuration , instead of the inertia in the rigid body mode,
Inertia on the load side (arm) is required. In order to obtain the inertia on the load side, the inertia on the input side of the speed reducer may be subtracted from the inertia in the rigid body mode. The inertia on the input side of the speed reducer includes the inertia of the rotor of the motor and the input gear of the speed reducer. These values can be easily obtained from a catalog or the like. Also, the accuracy of the catalog value is usually very high. Therefore, there is no problem even if the input side inertia is calculated from the catalog, and an accurate value can be easily obtained. Further, in the above description, the natural vibration is not excited by the filtering or the like. On the contrary, the natural vibration can be excited and the inertia parameter on the load side can be obtained from the data at the time of the natural vibration. The configuration at this time is shown in FIG.
However, what is different from the above is the filtering characteristics and the like (the rigidity of the robot according to claim 5).
An identification method, and a method for identifying rigidity of a robot according to claim 12.
The filtering characteristics are different in FIG.
The filtered filter 10 and the identification unit 8 form a fifth non-rigid
Parameter identification means). Speaking of how to obtain load side inertia and friction, the motor hardly moves at the time of natural vibration, and only the load (arm) vibrates. At this time, since the state relating to the motor can be deleted from the motion equation of the robot, the motion equation is as follows.

【0032】[0032]

【数15】 上記(12)式は先ほどの(9)式と同様に,3リンク
マニピュレータにおいて,第1リンクを固定した場合の
第2リンクの運動方程式である。添字Aはアーム部の状
態を表し,JA2等はアーム部の慣性パラメータである。
上記(12)式で表された運動方程式に基づき,先ほど
の(9)式の場合と同様にパラメータ同定が可能であ
る。但し,ここでは固有振動を励起するように入力を選
択あるいはフィルタリングすることが必要である。ま
た,摩擦パラメータを上記(12)式で表された運動方
程式に加えれば,アーム部の摩擦パラメータも同定可能
である。これによって,アーム部の慣性や摩擦などを直
接同定可能であるが,この方法では摩擦の影響が大き
く,精度よく負荷側の慣性を同定するためには摩擦の同
定に注意を払う必要がある。例えば固有振動時の摩擦力
と慣性力の大きさが同じになる等の条件を先の同定時に
制約条件として加え,同定精度の確保等を図る必要があ
る。従って,カタログ値等から入力側の慣性が算出可能
であれば,やはり精度よく慣性の同定を行うためには,
先述したように固有振動を励起させない非剛性パラメー
タの同定方法を用いることが賢明である。
(Equation 15) Equation (12) is the equation of motion of the second link when the first link is fixed in the three-link manipulator, similarly to the above equation (9). The suffix A indicates the state of the arm, and JA2 and the like are the inertia parameters of the arm.
Based on the equation of motion expressed by the above equation (12), parameter identification is possible as in the case of the above equation (9). However, here, it is necessary to select or filter the input so as to excite the natural vibration. If the friction parameter is added to the equation of motion expressed by the above equation (12), the friction parameter of the arm can be identified. This makes it possible to directly identify the inertia and friction of the arm. However, in this method, the influence of friction is great, and it is necessary to pay attention to the identification of friction in order to accurately identify the inertia on the load side. For example, it is necessary to add conditions such as the magnitude of the frictional force and the inertia force at the time of the natural vibration to be the same as the constraint conditions at the time of the previous identification, and to ensure the identification accuracy. Therefore, if the inertia on the input side can be calculated from catalog values, etc., it is necessary to identify the inertia with high accuracy.
As mentioned earlier, it is advisable to use a method of identifying non-rigid parameters that does not excite natural vibrations.

【0033】上記剛性同定にかかわる第1の基本構成
は,周波数解析に基づく同定方法であるため,固有振動
数がよく一致するモデルが得られる。しかし,弾性変形
量の補償などを行う場合,固有振動数ではなく,変形量
の大きさそのものが実機とモデルとで一致する必要があ
る。このため,周波数領域ではなく,変形量の領域でパ
ラメータ同定を行ったほうが変形量の大きさがよく一致
するモデルが得られる。剛性同定にかかわる第2(及び
第4)の基本構成は,かかる点に着目したものであり,
以下説明する。 〔請求項2,4,6,9,11,13に係る発明〕請求項2,4,6に係るロボットの剛性同定方法は,上
記剛性同定にかかわる第2の基本構成をそれぞれ備えて
おり,上記請求項2,4,6に係るロボットの剛性同定
方法がそれぞれ適用可能な上記請求項9,11,13に
係るロボットの剛性同定装置は,図8に示す如く,上記
剛性同定にかかわる第4の基本構成を備える。以下で
は,請求項9,11,13に係るロボットの剛性同定装
置の実施例は,上記請求項2,4,6に係るロボットの
剛性同定方法 の実施例に含めて説明する。図8に示す如
く,上記剛性同定にかかわる第2の基本構成(及び第4
の基本構成,以下同様)は,ロボット1の弾性変形部か
ら外界センサ2の位置までのヤコビ行列又はその逆行列
に相当する行列Jθ,Jεを演算し,別途同定した非剛
性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかかるモーメ
ントMを演算し,外界センサ2の出力とモーメントMと
行列Jθ,Jεとに基づいて剛性パラメータを同定す
。非剛性パラメータの同定にかかわる構成は,上記剛
性同定にかかわる第1の基本構成に対して述べた方法
を用い即ち,上記剛性同定にかかわる第2(及び第
4)の基本構成と,上記装置A3〜A5とを組み合わせ
た場合,装置A3又は装置A4における同定信号生成部
7と同定部8とが第2の非剛性パラメータ同定手段に相
当し,装置A5における同定部8とフィルタ10とが第
4の非剛性パラメータ同定手段に相当し,装置A5にお
いてフィルタ10のフィルタリング特性等を異ならせた
場合のフィルタ10と同定部8とが第6の非剛性パラメ
ータ同定手段に相当する。
The aboveFirst basic configuration related to rigidity identification
Is an identification method based on frequency analysis.
A model with a good number of matches is obtained. However, elastic deformation
When compensating the amount, the amount of deformation, not the natural frequency
The actual size of the model must match the actual model
You. For this reason, in the domain of deformation, not in the frequency domain,
Parameter identification better matches the amount of deformation
Is obtained.The second involved in rigidity identification (and
4) Basic configurationFocuses on this point.
This will be described below. [Claims 2, 4, 6, 9, 11, and 13invention〕The robot rigidity identification method according to claims 2, 4, and 6 is
With the second basic configuration related to the rigidity identification
And the rigidity identification of the robot according to claims 2, 4, and 6.
Claims 9, 11, and 13 wherein the method is applicable respectively.
As shown in FIG.
A fourth basic configuration related to rigidity identification is provided. Below
Is a rigidity identification device for a robot according to claims 9, 11, and 13.
The embodiment of the device is the robot according to the second, fourth and sixth aspects.
Stiffness identification method This will be described in connection with the embodiment. As shown in FIG.
,The second basic configuration related to the rigidity identification (and the fourth basic configuration)
Basic configuration ofIs the elastic deformation part of the robot 1
Jacobi matrix from the position of the external sensor 2 to its position or its inverse matrix
Calculate matrices Jθ and Jε corresponding toIdentifyNon-rigid
Based on the elasticity parameter
Of the external sensor 2 and the moment M
Identify stiffness parameters based on matrices Jθ, Jε
To. NonIdentification of stiffness parametersConfigurations involvedIsAbove
For the first basic configuration related to gender identificationStatedeachMethod
UsingTo.That is, the second (and the second)
Combination of the basic configuration of 4) and the above devices A3 to A5
The identification signal generator in the device A3 or A4
7 and the identification unit 8 serve as second non-rigid parameter identification means.
The identification unit 8 and the filter 10 in the device A5
4 corresponds to the non-rigid parameter identification means,
The filtering characteristics of the filter 10
The filter 10 and the identification unit 8 in the case are the sixth non-rigid parameter.
Data identification means.

【0034】以下,上記剛性同定にかかわる第2の基本
構成についてその基本原理を中心に説明を加える。上記
剛性同定にかかわる第2の基本構成では,図8に示すよ
うに,内界センサで計測不可能な変形量の情報を外界セ
ンサ2で計測し,演算部12(行列演算手段及びモーメ
ント演算手段に相当)にてモータ回転角度θMから算出
されたモーメントMやヤコビ行列Jθ,Jε等を用いる
ことによって変形量を得るものである。そして,同定部
5(第2,第4,又は第6の剛性パラメータ同定手段に
相当)にて変形量の領域でパラメータ同定を行うことに
よって変形量がよく一致するモデルが得られる。
し,関節部のみに弾性変形を許す従来モデルでは,ロボ
ット実機の挙動を十分に記述できず,このことは同定精
度の劣化につながる。そこで,より厳密なモデルに基づ
くことによって,同定精度の向上,モデル精度の向上が
実現可能となる。また,周波数解析によって同定を行う
場合には,従来モデルでは固有振動モードは1つしか現
れないが,本厳密モデルでは,複数のモードを扱うこと
が可能であり,さらに各軸の干渉による固有振動のズレ
を扱うことも可能である。従って,非常に高精度なモデ
ルを得ることが可能である。
Hereinafter, the second basic principle relating to the rigidity identification will be described.
The configuration will be described focusing on its basic principle. the above
In the second basic configuration relating to the rigidity identification, as shown in FIG. 8, information on the amount of deformation that cannot be measured by the inner field sensor is measured by the outer field sensor 2, and the calculation unit 12 (the matrix calculation means and the moment calculation means) The amount of deformation is obtained by using the moment M calculated from the motor rotation angle θM, the Jacobian matrices Jθ, Jε, and the like. Then, the identification unit 5 (corresponding to the second , fourth, or sixth stiffness parameter identification means) performs parameter identification in the region of the deformation amount, thereby obtaining a model in which the deformation amounts match well. Teeth or to <br/>, in the conventional model which allows elastic deformation only in the joint portion can not sufficiently describe the behavior of the robot actual, which leads to the deterioration of the identification accuracy. Therefore, based on a stricter model, it is possible to improve the identification accuracy and the model accuracy. Also, when identification is performed by frequency analysis, only one natural mode appears in the conventional model, but in the strict model, it is possible to handle multiple modes, and furthermore, natural mode due to interference of each axis. It is also possible to handle the deviation. Therefore, a very high-precision model can be obtained.

【0035】3軸の垂直多関節ロボットを例にとり以下
の説明を行う。従来技術1,2では,いずれも回転関節
部にのみバネ要素k1 θ〜k3 θが存在し,さらにその
バネ要素も回転関節の回転軸方向の弾性変形ε1 θ〜ε
3 θのみを許し,他の方向の曲げ変形や伸張方向の弾性
変形を全く許さないモデルに基づいていた。ここでは,
図9に示すように,それら回転関節部等の可動部の弾性
変形に加え,それら可動部を支持する支持部の弾性変形
をも考慮する。さらに,その弾性変形も任意方向の弾性
変形を許すモデルM1を採用することによって,より高
精度なモデリングが可能となる。但し,図9において,
iR,iS は第i関節によって駆動される側及びそれを支
持する側のバネを表し,リンクに固定されたX,Y,Z
方向の弾性変形をεiRX,Y,Z,iSX,Y,Z ,バネ定数をk
iRX,Y,Z,iSX, Y,Z ,曲げモーメントをM
iRX,Y,Z,iSX,Y,Z とする。
The following description is made by taking a three-axis vertical articulated robot as an example. In each of the prior arts 1 and 2, the spring elements k 1 θ to k 3 θ exist only in the rotary joint, and the spring elements also have elastic deformation ε 1 θ to ε in the rotation axis direction of the rotary joint.
It was based on a model that allowed only 3θ and did not allow any bending deformation in the other direction or elastic deformation in the extension direction. here,
As shown in FIG. 9, in addition to the elastic deformation of the movable parts such as the rotary joints, the elastic deformation of the support part supporting the movable parts is also considered. Further, by adopting the model M1 that allows elastic deformation in an arbitrary direction, a more accurate modeling can be performed. However, in FIG.
k iR, iS represents a spring driven by the i-th joint and a spring supporting the same, and X, Y, Z fixed to the link.
The elastic deformation in the direction is ε iRX, Y, Z, iSX, Y, Z , and the spring constant is k
iRX, Y, Z, iSX, Y, Z and bending moment are M
Let iRX, Y, Z, iSX, Y, Z.

【0036】また,慣性及び粘性パラメータは上述した
非剛性パラメータの同定方法等によって既に同定されて
いるものとし,ここでは,バネ定数K=diag(1/
iR *,iS* )(添字*は記号の省略を示す)の同定につ
いて述べる。先ず,ロボットの手先位置x及びモータの
回転角θM =〔θM1θM2θM3T を計測し,弾性変形に
よって生じた手先の変位eを次式によって算出する。 e=x−L(θM )(L(θM ):θM からxへの順変換) …(13) 次に,モーメントM(MiR*,iS* を要素とする縦ベクト
ル)を,既に同定された慣性・粘性・重力パラメータや
幾何学的な条件から得られる慣性パラメータから算出す
る。すると,次式により最小自乗法を用いてバネ定数K
を得ることができる。但し,εはεiR*,iS* を要素とす
る縦ベクトル,Jεはεからeへのヤコビ行列とする。
It is assumed that the inertia and viscosity parameters have already been identified by the above-described non-rigid parameter identification method and the like. Here, the spring constant K = diag (1 /
( i.sub.iR *, iS * ) (subscript * indicates omission of symbol). First, the hand position x of the robot and the rotation angle of the motor θ M = [θ M1 θ M2 θ M3 ] T are measured, and the displacement e of the hand caused by the elastic deformation is calculated by the following equation. e = x−L (θ M ) (L (θ M ): forward conversion from θ M to x) (13) Next, a moment M (a vertical vector having elements of M iR * and iS * ) is expressed as It is calculated from the inertia / viscosity / gravity parameters already identified and the inertia parameters obtained from the geometric conditions. Then, using the least squares method, the spring constant K
Can be obtained. Here, ε is a vertical vector having ε iR *, iS * as elements, and Jε is a Jacobian matrix from ε to e.

【数16】 (Equation 16)

【0037】以上によりパラメータ同定を行うことがで
きる。また,上記の手法は従来の関節部にのみ弾性変形
を許さないモデルに対しても適用可能である。また,図
10は第4関節近傍の弾性変形をも含めたモデルM2で
あるが,全く同様に同定可能である。尚,図9や図10
の厳密モデルや後記する簡略モデルは,上記剛性パラメ
ータの同定に際して,ロボットの可動部の可動方向への
弾性変形のみならず,可動部の可動方向以外の所定方向
と,支持部の所定方向への弾性方向をも考慮したモデル
を用いることが,請求項7,又は請求項14に係る発明
の実施例である。図10のモデルM2と従来モデルとの
双方に基づきパラメータ同定を行った結果を図11に示
す。図11では,弾性変形によって生じた手先位置の変
位において,本第2の実施例方法によるパラメータ同定
で得られたモデルM2(本モデル)及び従来モデルによ
るロボットの手先位置変位量の理論値と実測値とを示し
たものである。従来モデルでは,関節回転方向のみの弾
性変形しか扱かっていないため,弾性変形を記述する上
で無理がある。従って,理論値が若干ばらついている
が,概ね実測値とは一致している。さらに,本モデルに
基づきパラメータ同定を行った場合には,モデルの理論
値と実測値とが非常によく一致しており,精度よく剛性
パラメータやそれ以外のパラメータが同定されているこ
とがわかる。
As described above, parameter identification can be performed. In addition, the above method can be applied to a conventional model that does not allow elastic deformation only in a joint. FIG. 10 shows a model M2 including elastic deformation near the fourth joint, but the model can be identified in the same manner. 9 and 10
The rigorous model of
When identifying a robot,
Not only elastic deformation but also a predetermined direction other than the movable direction of the movable part
And a model that also considers the elastic direction of the support in the predetermined direction
The invention according to claim 7 or claim 14 may be used.
This is an embodiment of the present invention. FIG. 11 shows the result of parameter identification based on both the model M2 in FIG. 10 and the conventional model. In FIG. 11, the theoretical value and the actual measurement of the hand position displacement of the robot by the model M2 (this model) obtained by the parameter identification by the method of the second embodiment and the conventional model in the displacement of the hand position caused by elastic deformation. Values. In the conventional model, since only the elastic deformation in the joint rotation direction is handled, it is impossible to describe the elastic deformation. Therefore, the theoretical values slightly vary, but generally agree with the actually measured values. Furthermore, when parameter identification is performed based on this model, the theoretical value and the measured value of the model agree very well, and it can be seen that the rigidity parameter and other parameters are accurately identified.

【0038】しかし,図9,図10のいわゆる厳密な弾
性変形モデルM1,M2は冗長な弾性変形を有してお
り,図12〜図20に示すようにさらに簡略化されたモ
デルM3〜M10に対しても本方法は有効である。ここ
に,図12は,各弾性変形のうち,一体性を有する複数
の弾性変形をある1つのバネ要素で表したモデルM3で
ある。更に,図13は,上記ある1つのバネ要素の弾性
変形の中心を,図14に示すように該バネ要素で表した
複数の弾性変形の各中心を含む領域内に設けたモデルM
4である。更に,図15〜図18は,上記複数の弾性変
形を表したある1つのバネ要素が複数存在し,それが近
い値のときは,所定方向への弾性変形のバネ係数を同一
と仮定することにより,複数のバネ要素をさらに集約化
したモデルM5〜M8である。更に,図19,図20
は,各弾性変形方向に応じた成分に分離し,同一の変形
方向の成分のうち,所定の剛性値成分よりも高い成分を
低い成分に含めたモデルM9,M10である。
However, the so-called strict elastic deformation models M1 and M2 in FIGS. 9 and 10 have redundant elastic deformation, and the models M3 to M10 are simplified as shown in FIGS. This method is also effective. FIG. 12 shows a model M3 in which a plurality of integrated elastic deformations are represented by one spring element among the elastic deformations. Further, FIG. 13 shows a model M in which the center of the elastic deformation of a certain spring element is provided in an area including each center of a plurality of elastic deformations represented by the spring element as shown in FIG.
4. Further, FIGS. 15 to 18 show that there are a plurality of one spring elements representing the above-mentioned plurality of elastic deformations, and when the values are close to each other, it is assumed that the spring coefficients of the elastic deformation in a predetermined direction are the same. Are models M5 to M8 in which a plurality of spring elements are further integrated. 19 and FIG.
Are models M9 and M10 that are separated into components corresponding to the respective elastic deformation directions, and among components in the same deformation direction, components higher than a predetermined stiffness component are included in low components.

【0039】例えば,図20のモデルM10に従って,
本方法によってパラメータ同定を行った結果を図21に
示す(図中のΔ印参照)。簡略化しない場合に比べて
(図中の○印参照),簡略化を行った場合には若干のば
らつきがあるが,従来モデル(図中の■印参照)よりも
よく変形量の実値と一致している。これらの違いはモデ
ルによる違いであり,本方法のパラメータ同定によって
得られたモデルは厳密モデルや簡略化モデル,さらには
従来モデルに対しても有用であり,よく実値とモデルと
が一致していることがわかる。図22に従来モデルに基
づき,ヤコビ行列などを用いずに関節角を計測し,関節
角とモータ回転角とから剛性を同定した場合(図中の×
印)と,本方法によってパラメータ同定した場合(図中
の■印)と,本方法によってさらに厳密モデルに従って
パラメータ同定した場合(図中の○印)とを示す。同図
から,本方法に基づき同定したモデル(図中の○と■
印)はいずれも実値とよく一致し,特に厳密モデルに基
づいた場合(図中の○印)はさらに精度が良い。これに
対して,従来モデルに基づきヤコビ行列等を用いない従
来技術(図中の×印)の場合には,全く手先位置の弾性
変形による変位を表すことができていない。さらに,参
考までに,図20のモデルM10に基づき,本方法によ
ってパラメータ同定されたモデルを用いた弾性変形量の
補償結果を図23に示す。本方法によって得られたモデ
ルに基づき補償を実施した結果,図23(b)のように
弾性変形が補償され,振幅が一定に保たれているのに対
し,なにも補償しない場合には図23(a)のように弾
性変形によって高周波になるほど振幅が大きくなってし
まっている。以上より,本方法によるパラメータ同定に
よって,精度良く剛性パラメータ等が同定されているこ
とがわかる。
For example, according to the model M10 of FIG.
FIG. 21 shows the result of parameter identification by this method (see the Δ mark in the figure). Compared to the case without simplification (see the circle in the figure), the simplification has a slight variation, but it is better than the conventional model (see the circle in the figure). Match. These differences depend on the model. The model obtained by parameter identification in this method is useful for exact models, simplified models, and even conventional models. You can see that there is. FIG. 22 shows a case where joint angles are measured based on the conventional model without using a Jacobian matrix or the like, and rigidity is identified from the joint angles and the motor rotation angles (× in the figure).
), A case where parameters are identified by the present method ((in the figure), and a case where parameters are identified by the present method in accordance with a stricter model (○ in the figure). From the figure, the models identified based on this method (○ and ■ in the figure)
(Marks) agree well with the actual values, and in particular, the accuracy is better when the model is based on a strict model (marked with a circle in the figure). On the other hand, in the case of the conventional technology based on the conventional model that does not use the Jacobi matrix or the like (marked by x in the figure), the displacement due to the elastic deformation of the hand position cannot be represented at all. Further, for reference, FIG. 23 shows a compensation result of the amount of elastic deformation using a model whose parameters are identified by the present method based on the model M10 of FIG. As a result of performing compensation based on the model obtained by this method, elastic deformation is compensated and the amplitude is kept constant as shown in FIG. 23 (b). As shown in FIG. 23 (a), the amplitude increases as the frequency increases due to elastic deformation. From the above, it can be seen that the rigidity parameters and the like are accurately identified by the parameter identification according to the present method.

【0040】ところで,弾性変形量は一般には微小であ
るため,外界センサによって位置情報を計測して同定に
用いる場合,高い計測精度が要求される。しかし,一般
に高い計測精度を持つセンサは計測範囲が小さい。従っ
て,ロボットを計測範囲内で微小運動を行わせることに
よって高い計測精度を確保し,同定精度の向上を図るこ
とが可能である。例えば,外界センサによって高精度に
計測された手先位置の微小運動をΔx,微小運動によっ
て生じる弾性変形量,手先位置変位,モーメント,モー
タ角度をそれぞれΔε,Δe,ΔM,ΔθM とすれば,
先程の(13),(14)式は,
Since the amount of elastic deformation is generally very small, high measurement accuracy is required when position information is measured by an external sensor and used for identification. However, a sensor having high measurement accuracy generally has a small measurement range. Therefore, it is possible to ensure high measurement accuracy and improve identification accuracy by causing the robot to perform a small motion within the measurement range. For example, if the minute motion of the hand position measured by the external sensor with high precision is Δx, and the elastic deformation, hand position displacement, moment, and motor angle caused by the minute motion are Δε, Δe, ΔM, Δθ M , respectively,
Equations (13) and (14) are

【数17】 [Equation 17]

【数18】 となり,高精度にパラメータ同定可能となる。また各姿
勢で同様のことを行わせれば,姿勢による変化も吸収す
ることが可能である。
(Equation 18) And the parameter can be identified with high accuracy. Further, if the same is performed in each posture, it is possible to absorb a change due to the posture.

【0041】ここでいう姿勢の変化の吸収とは,従来技
術1のように,姿勢毎にモデルを持つのではなく,姿勢
変化などの非線形性を考慮したモデルに基づき同定する
ことである。従って,本微小運動を行わせる方法によれ
ば,厳密に姿勢の変化などの非線形性を吸収することが
できる。この方法は上記剛性同定にかかわる第1,第2
の基本構成のいずれにも適用可能であることは勿論であ
る。例えば,図24は,上記剛性同定にかかわる第1の
基本構成に適用した場合であり,図25は上記剛性同定
にかかわる第2の基本構成に適用した場合である。図2
5では演算部12にてモーメントMや各ヤコビ行列J
θ,Jε等をモータの回転角度θMから算出している
が,モータの回転角度ではなく,関節角や関節角指令
値,さらには手先位置xから逆算した関節角を用いても
よい。尚,この点については前記装置A6についても同
様である。
The absorption of the change in the posture here means that identification is performed based on a model that takes into account non-linearity such as a change in the posture, instead of having a model for each posture as in the prior art 1. Therefore, according to the method of performing the micro motion, non-linearity such as a change in posture can be strictly absorbed. This method uses the first and second methods related to the rigidity identification.
It is needless to say that the present invention can be applied to any of the basic configurations . For example, FIG. 24 shows a first example of the rigidity identification .
A case of applying the basic configuration, Figure 25 is the stiffness identification
This is a case where the present invention is applied to the second basic configuration . FIG.
In 5, the arithmetic unit 12 calculates the moment M and each Jacobi matrix J
Although θ, Jε, and the like are calculated from the rotation angle θM of the motor, a joint angle, a joint angle command value, and a joint angle calculated back from the hand position x may be used instead of the motor rotation angle. This is the same for the device A6.

【0042】さらに,上記厳密モデル或いは簡略化モデ
ルは上記剛性同定にかかわる第1の基本構成にも適用可
能である。例えば,図20に示された簡略化モデルM1
0に対しては次のようになる。即ち,ε″2SY ,ε″
2RY 方向の剛性は,それぞれ先に示したバネ定数K2
3 を同定する際に使用した(3)式等のκ2 ,κ3
式において,慣性パラメータJ2 ,J3 ,J23を上記図
20の弾性変形廻りの慣性パラメータに変更するだけで
求まる。また,弾性変形中心回りの慣性パラメータは,
先程の慣性パラメータJ2 ,J3 ,J23や重力パラメー
タや各アームの重量及び弾性変形中心の位置等の既知情
報から算出可能である。また,上記剛性同定にかかわる
第1の基本構成では,Y軸方向の固有振動に着目するこ
とによって簡単な式である(4)式に基づきバネ定数K
1 を同定していたが,図20のモデルM10ではY軸方
向に着目してもε″2SX ,ε″2SZ 方向の弾性変形が干
渉しあうため,前述したように簡便な式のそれぞれの構
成を同定することはできない。しかし,前記バネ定数K
2 ,K3 が干渉していた場合と同様に,ε″2SX ,ε″
2SZ 方向の剛性はκ2 ,κ3 と同様の式で表され,同定
可能である。
Further, the strict model or the simplified model can be applied to the first basic configuration relating to the rigidity identification . For example, the simplified model M1 shown in FIG.
For 0, it is as follows. That is, ε ″ 2SY , ε ″
The stiffness in the 2RY direction is the spring constant K 2 ,
In the equations of κ 2 and κ 3 such as the equation (3) used for identifying K 3 , the inertia parameters J 2 , J 3 and J 23 are simply changed to the inertia parameters around the elastic deformation shown in FIG. I get it. The inertia parameter around the center of elastic deformation is
It can be calculated from known information such as the inertia parameters J 2 , J 3 , J 23 , gravity parameters, the weight of each arm, and the position of the center of elastic deformation. Also, it is related to the above rigidity identification.
In the first basic configuration , the spring constant K is calculated based on the simple equation (4) by focusing on the natural vibration in the Y-axis direction.
Had identified 1, model focuses M10 in the Y-axis direction ε "2SX, ε" of Figure 20 for 2SZ direction of the elastic deformation interfere, respective configurations of simple expressions as described above Cannot be identified. However, the spring constant K
As if the 2, K 3 have been interference, ε "2SX, ε"
The rigidity in the 2SZ direction is expressed by the same formula as κ 2 and κ 3 and can be identified.

【0043】さらに,ε″2SX ,ε″2SZ 方向の剛性の
同定を簡便に行うためには,お互いの干渉を除去する必
要があるが,一番容易な方法は振動計測を行う外界セン
サの位置を弾性変形中心からX軸方向あるいはZ軸方向
等に設置し,同定する方法である。この場合,それぞれ
個別に剛性を同定できるが,姿勢が限定されるため,同
定精度の劣化を招く可能性がある。以上のように,いず
れの場合も精度の良い剛性の同定を行うことができる。
その結果,得られたパラメータに基づいて,精度の良い
ロボット制御を行うことができる。尚,上記ではロボッ
トの剛性同定方法について述べたが,実使用に際して
は,ロボット以外のリンクシステムについても同様可能
である。
Further, in order to easily identify the rigidity in the ε ″ 2SX and ε ″ 2SZ directions, it is necessary to eliminate mutual interference. However, the easiest method is the position of an external sensor for measuring vibration. Is set in the X-axis direction or the Z-axis direction from the center of elastic deformation and identified. In this case, the stiffness can be individually identified, but the posture is limited, which may cause deterioration of the identification accuracy. As described above, in any case, the rigidity can be accurately identified.
As a result, accurate robot control can be performed based on the obtained parameters. Although the method for identifying the rigidity of a robot has been described above, the same can be applied to a link system other than a robot in actual use.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明に係るロボットの剛性同定方法及
びその装置は,上記したように構成されているため,精
度の良い剛性の同定を行うことができる。その結果,得
られたパラメータに基づいて精度の良いロボット制御を
行うことができる。
Since the robot rigidity identification method and apparatus according to the present invention are configured as described above, it is possible to accurately identify rigidity. As a result, accurate robot control can be performed based on the obtained parameters.

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

【図1】 本発明の剛性同定にかかわる第1の基本構成
及びその装置A1を説明するための模式図。
FIG. 1 is a first basic configuration related to rigidity identification of the present invention .
And a schematic diagram for explaining the device A1 .

【図2】 上記装置A1の動作例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation example of the device A1.

【図3】 上記装置A1の動作例を示す説明図。Figure 3 is an explanatory diagram showing an operation example of the device A1.

【図4】 本発明の剛性同定にかかわる第1の基本構成
の変形例,及びそれに適用可能な装置A2の概略構成を
示す模式図。
FIG. 4 is a first basic configuration relating to rigidity identification of the present invention .
The schematic diagram which shows the modified example of FIG.

【図5】 非剛性パラメータの同定にかかわる構成,及
びそれに適用可能な装置A3の概略構成を説明するため
模式図。
FIG. 5 shows a configuration related to identification of non-rigidity parameters , and
For explaining a schematic configuration of a Bisoreni applicable device A3
Schematic diagram of.

【図6】 非剛性パラメータの同定にかかわる構成,及
びそれに適用可能な装置A4の概略構成を説明するため
模式図。
FIG. 6 shows a configuration related to identification of non-rigidity parameters , and
And a schematic configuration of an apparatus A4 applicable thereto.
Schematic diagram of.

【図7】 非剛性パラメータの同定にかかわる構成,及
びそれに適用可能な装置A5の概略構成を説明するため
模式図。
FIG. 7 shows a configuration related to identification of non-rigidity parameters , and
And to explain the schematic configuration of the device A5 applicable thereto.
Schematic diagram of.

【図8】 本発明の剛性同定にかかわる第2の基本構
成,及びその装置A6の概略構成を説明するための模式
図。
FIG. 8 shows a second basic structure related to rigidity identification of the present invention .
Formed, and schematic diagram for explaining a schematic structure of the device A6.

【図9】 厳密モデルM1を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a strict model M1.

【図10】 厳密モデルM2を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a strict model M2.

【図11】 手先位置変位量の実測値と理論値とを示す
説明図。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing actual measured values and theoretical values of hand position displacement amounts.

【図12】 簡略化モデルM3を示す説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a simplified model M3.

【図13】 簡略化モデルM4を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a simplified model M4.

【図14】 簡略化モデルM4の作成方法を示す説明
図。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a method for creating a simplified model M4.

【図15】 簡略化モデルM5を示す説明図。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a simplified model M5.

【図16】 簡略化モデルM6を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram showing a simplified model M6.

【図17】 簡略化モデルM7を示す説明図。FIG. 17 is an explanatory diagram showing a simplified model M7.

【図18】 簡略化モデルM8を示す説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram showing a simplified model M8.

【図19】 簡略化モデルM9を示す説明図。FIG. 19 is an explanatory diagram showing a simplified model M9.

【図20】 簡略化モデルM10を示す説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram showing a simplified model M10.

【図21】 変形量の実測値と理論値とを示す説明図。FIG. 21 is an explanatory diagram showing measured values and theoretical values of the amount of deformation.

【図22】 変形量の実測値と理論値とを示す説明図。FIG. 22 is an explanatory diagram showing actual measured values and theoretical values of the amount of deformation.

【図23】 手先位置振幅の振動応答を示す説明図。FIG. 23 is an explanatory diagram showing a vibration response of a hand position amplitude.

【図24】 上記剛性同定にかかわる第1の基本構成に
係る装置A7の概略構成を示す模式図。
FIG. 24 shows a first basic configuration related to the rigidity identification .
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of such an apparatus A7.

【図25】 上記剛性同定にかかわる第2の基本構成に
係わる装置A8の概略構成を示す模式図。
FIG. 25 shows a second basic configuration related to the rigidity identification .
Schematic diagram showing a schematic configuration of a device A8 according.

【図26】 従来のロボットの剛性同定方法を適用可能
な装置A0の概略構成を示す模式図及びその制御系のブ
ロック線図。
FIG. 26 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a device A0 to which a conventional robot rigidity identification method can be applied, and a block diagram of a control system thereof.

【図27】 従来のロボットの剛性同定方法を適用可能
な装置A0′の概略構成を示す模式図。
FIG. 27 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a device A0 ′ to which a conventional robot rigidity identification method can be applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A1〜A8…ロボットの剛性同定装置 1…ロボット 2…センサ 3…周波数解析部(周波数解析手段に相当) 4…メモリ 5…同定部(第1,第2の剛性パラメータ同定手段に相
当) 6…順変換部 7…同定信号生成部 8…非剛性パラメータ同定部 9…メモリ 10…フィルタ 11…前処理部 12…演算部(行列,モーメント演算手段に相当)
A1 to A8 robot rigidity identification device 1 robot 2 sensor 3 frequency analysis unit (corresponding to frequency analysis means) 4 memory 5 identification unit (corresponding to first and second rigidity parameter identification means) 6 ... Forward conversion unit 7 Identification signal generation unit 8 Non-rigid parameter identification unit 9 Memory 10 Filter 11 Preprocessing unit 12 Operation unit (corresponding to matrix and moment operation means)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−152429(JP,A) 特開 平6−99380(JP,A) 特開 平3−117580(JP,A) 特開 平7−168605(JP,A) 特開 平3−282718(JP,A) 特開 平2−224991(JP,A) 特開 昭64−71681(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24J 13/08 G05B 11/36 G05B 13/02 Continuation of front page (56) References JP-A-7-152429 (JP, A) JP-A-6-99380 (JP, A) JP-A-3-117580 (JP, A) JP-A-7-168605 (JP) JP-A-3-282718 (JP, A) JP-A-2-224991 (JP, A) JP-A-64-71681 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) B24J 13/08 G05B 11/36 G05B 13/02

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,外界センサ及び/又は内界センサからの出力デー
タに対して周波数解析を施し,別途同定した非剛性パラ
メータと上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメー
タを同定するロボットの剛性同定方法において,上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データから,ロボットを剛体とし
て動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分
を除去した後の該動作指令データをロボットに入力して
なる ことを特徴とするロボットの剛性同定方法。
1. A method for identifying rigidity of a robot based on at least output data from a sensor attached to the robot, wherein each parameter representing a characteristic of the robot includes a rigidity parameter or a rigidity inside. Parameters and other non-rigid parameters, and output data from the external sensor and / or internal sensor.
Frequency analysis of the non-rigid parameter
Rigidity parameters based on the meter and the above frequency analysis results
When identifying the above non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method for identifying
From the robot's operation command data,
Frequency component higher than natural frequency in rigid mode
Enter the operation command data after removing
Stiffness identification method of a robot characterized by comprising.
【請求項2】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,ロボットの弾性変形部から外界センサの位置まで
のヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列を演算し,
別途同定した非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形
部にかかるモーメントを演算し,上記外界センサの出力
データとモーメントと行列とに基づいて剛性パラメータ
同定するロボットの剛性同定方法において,上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データから,ロボットを剛体とし
て動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分
を除去した後の該動作指令データをロボットに入力して
なる ことを特徴とするロボットの剛性同定方法。
2. A method for identifying the rigidity of the robot based on at least output data from a sensor attached to the robot, wherein each parameter representing a characteristic of the robot includes a rigidity parameter or a rigidity inside. After separating the parameters from the other non-rigid parameters, from the elastic deformation part of the robot to the position of the external sensor
Computes the matrix corresponding to the Jacobi matrix or its inverse,
The above elastic deformation based on the non-rigid parameter identified separately
Calculates the moment applied to the part and outputs the output of the external sensor
Stiffness parameters based on data, moments and matrices
When identifying the above non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method for identifying
From the robot's operation command data,
Frequency component higher than natural frequency in rigid mode
Enter the operation command data after removing
Stiffness identification method of a robot characterized by comprising.
【請求項3】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,外界センサ及び/又は内界センサからの出力デー
タに対して周波数解析を施し,別途同定した非剛性パラ
メータと 上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメー
タを同定するロボットの剛性同定方法において, 上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データ及び上記センサからの出力
データから,ロボットを剛体として動作する剛性モード
での固有振動数以上の高周波成分をそれぞれ除去した後
の該動作指令データ及び出力データに基づいて上記非剛
性パラメータの同定を行うロボットの剛性同定方法。
3. At least a cell attached to the robot.
Based on the output data from the sensor
Is a method of identifying
Parameter is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside.
Parameters and other non-rigid parameters
The output data from the external and / or internal sensors
Frequency analysis of the non-rigid parameter
Rigidity parameters based on the meter and the above frequency analysis results
When identifying the above non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method for identifying
Robot operation command data and output from the above sensor
Rigid mode that operates the robot as a rigid body from the data
After removing high frequency components above the natural frequency at
On the basis of the operation command data and the output data of
A robot rigidity identification method that identifies gender parameters.
【請求項4】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,ロボットの弾性変形部から外界センサの位置まで
のヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列を演算し,
別途同定した非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形
部にかかるモーメントを演算し,上記外界センサの出力
データとモーメントと行列とに基づいて剛性パラメータ
を同定するロボットの剛性同定方法において, 上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データ及び上記センサからの出力
データから,ロボットを剛体として動作する剛性モード
での固有振動数以上の高周波成分をそれぞれ除去した後
の該動作指令データ及び出力データに基づいて上記非剛
性パラメータの同定を行うロボットの剛性同定方法。
4. At least a cell attached to the robot.
Based on the output data from the sensor
Is a method of identifying
Parameter is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside.
Parameters and other non-rigid parameters
Above, from the robot's elastic deformation to the position of the external sensor
Computes the matrix corresponding to the Jacobi matrix or its inverse,
The above elastic deformation based on the non-rigid parameter identified separately
Calculates the moment applied to the part and outputs the output of the external sensor
Stiffness parameters based on data, moments and matrices
When identifying the above non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method for identifying
Robot operation command data and output from the above sensor
Rigid mode that operates the robot as a rigid body from the data
After removing high frequency components above the natural frequency at
On the basis of the operation command data and the output data of
A robot rigidity identification method that identifies gender parameters.
【請求項5】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,外界センサ及び/又は内界センサからの出力デー
タに対して周波数解析を施し,別途同定した非剛性パラ
メータと上記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメー
タを同定するロボットの剛性同定方法において, 上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データ及び上記センサからの出力
データを,それぞれロボットを剛体として動作 する剛性
モードでの固有振動数成分のみとなした後の該動作指令
データ及び出力データに基づいて上記非剛性パラメータ
の同定を行うことを特徴とするロボットの剛性同定方
法。
5. At least a cell attached to a robot.
Based on the output data from the sensor
Is a method of identifying
Parameter is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside.
Parameters and other non-rigid parameters
The output data from the external and / or internal sensors
Frequency analysis of the non-rigid parameter
Rigidity parameters based on the meter and the above frequency analysis results
When identifying the above non-rigidity parameter in the robot rigidity identification method for identifying
Robot operation command data and output from the above sensor
The data is used to calculate the rigidity of the robot as a rigid body.
The operation command after only the natural frequency component in the mode
The non-rigidity parameter based on the data and output data
Method of stiffness identification of robot characterized by identification of robot
Law.
【請求項6】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する方法であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,ロボットの弾性変形部から外界センサの位置まで
のヤコビ行列又はその逆行列に相当する行列を演算し,
別途同定した非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形
部にかかるモーメントを演算し,上記外界センサの出力
データとモーメントと行列とに基づいて剛性パラメータ
を同定するロボットの剛性同定方法において, 上記非剛性パラメータを同定するに際し,該同定に用い
るロボットの動作指令データ及び上記センサからの出力
データを,それぞれロボットを剛体として動作する剛性
モードでの固有振動数成分のみとなした後の該動作指令
データ及び出力データに基づいて上記非剛性パラメータ
の同定を行うことを特徴とするロボットの剛性同定方
法。
6. At least a cell attached to a robot.
Based on the output data from the sensor
Is a method of identifying
Parameter is a stiffness parameter or a parameter that contains stiffness inside.
Parameters and other non-rigid parameters
Above, from the robot's elastic deformation to the position of the external sensor
Computes the matrix corresponding to the Jacobi matrix or its inverse,
The above elastic deformation based on the non-rigid parameter identified separately
Calculates the moment applied to the part and outputs the output of the external sensor
Stiffness parameters based on data, moments and matrices
When identifying the above non-rigid parameters in the robot rigidity identification method, the robot's operation command data and the output data from the sensor are used to identify the natural vibration in the rigid mode in which the robot operates as a rigid body. A rigidity identification method for a robot, characterized in that the non-rigidity parameter is identified based on the operation command data and the output data after only a few components.
【請求項7】 上記剛性パラメータの同定に際して,ロ
ボットの可動部の可動方向への弾性変形のみならず,可
動部の可動方向以外の所定方向と,支持部の所定方向へ
の弾性方向をも考慮したモデルを用いる請求項1〜
いずれかに記載のロボットの剛性同定方法。
7. When identifying the rigidity parameter, not only elastic deformation of the movable part of the robot in the movable direction but also a predetermined direction other than the movable direction of the movable part and an elastic direction of the support part in the predetermined direction are considered. The rigidity identification method for a robot according to any one of claims 1 to 6 , wherein the model is a model obtained by using the model.
【請求項8】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,それぞれを個別に同定する第1の剛性パラメータ
同定手段と第1の非剛性パラメータ同定手段とを具備
し,上記第1の剛性パラメータ同定手段が,外界センサ
及び/又は内界センサからの出力データに対して周波数
解析を施す周波数解析手段を含み,上記第1の非剛性パ
ラメータ同定手段が別途同定した非剛性パラメータと上
記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメータを同定し
てなるロボットの剛性同定装置において,上記第1の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パ
ラメータの同定に用いるロボットの動作指令データか
ら,ロボットを剛体として動作する剛性モードでの固有
振動数以上の高周波成分を除去した後の該動作指令デー
タをロボットに入力するものであることを特徴とするロ
ボットの剛性同定装置。
8. An apparatus for identifying the rigidity of the robot based on at least output data from a sensor attached to the robot, wherein each parameter representing a characteristic of the robot includes a rigidity parameter or a rigidity inside. parameters and, after separated into a non-rigid parameters otherwise, the first stiffness parameter identifying each individual
Identification means and first non-rigid parameter identification means
The first stiffness parameter identifying means is an external sensor.
And / or frequency for output data from the internal sensor
A frequency analysis means for performing an analysis;
Non-rigid parameters separately identified by parameter identification means
Stiffness parameters are identified based on the frequency analysis results
In the rigidity identification device for a robot, the first non-rigidity parameter identifying means includes:
Robot operation command data used for parameter identification
The rigid mode in which the robot operates as a rigid body
The operation command data after removing high-frequency components higher than the frequency
Data to be input to the robot.
Bot rigidity identification device.
【請求項9】 少なくともロボットに取り付けられたセ
ンサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛性
を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表す各
パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むパ
ラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離した
上で,それぞれを個別に同定する第2の剛性パラメータ
同定手段と第2の非剛性パラメータ同定手段とを具備
し,上記第2の剛性パラメータ同定手段が,ロボットの
弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ行列又は
その逆行列に相当する行列を演算する行列演算手段と,
別途上記第2の非剛性パラメータ同定手段により同定さ
れた非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかか
るモーメントを演算するモーメント演算手段とを含み,
上記外界センサの出力データとモーメントと行列とに基
づいて剛性パラメータを同定してなるロボットの剛性同
定装置において,上記第2の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パ
ラメータの同定に用いるロボットの動作指令データか
ら,ロボットを剛体として動作する剛性モードでの固有
振動数以上の高周波成分を除去した後の該動作指令デー
タをロボットに入力するものであることを特徴とするロ
ボットの剛性同定装置。
9. An apparatus for identifying the rigidity of the robot based on at least output data from a sensor attached to the robot, wherein each parameter representing the characteristic of the robot includes a rigidity parameter or a rigidity inside. parameters and, after separated into a non-rigid parameters otherwise, the second stiffness parameter identifying each individual
Identification means and second non-rigid parameter identification means
And the second stiffness parameter identifying means is provided for the robot.
Jacobi matrix from the elastic deformation part to the position of the external sensor or
Matrix calculation means for calculating a matrix corresponding to the inverse matrix;
Separately identified by the second non-rigid parameter identification means.
Based on the determined non-rigidity parameter
Moment calculating means for calculating the moment
Based on the output data, moment and matrix of the external sensor
A rigidity parameter identifying means for identifying a rigidity parameter of the robot based on the rigidity parameter.
Robot operation command data used for parameter identification
The rigid mode in which the robot operates as a rigid body
The operation command data after removing high-frequency components higher than the frequency
Data to be input to the robot.
Bot rigidity identification device.
【請求項10】10. 少なくともロボットに取り付けられたAt least attached to the robot
センサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛Based on the output data from the sensor,
性を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表すThis is a device that identifies the characteristics of a robot and expresses the characteristics of the robot.
各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むEach parameter contains rigidity parameter or rigidity inside
パラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離しParameters and other non-rigid parameters
た上で,それぞれを個別に同定する第3の剛性パラメーAnd a third stiffness parameter to identify each individually.
タ同定手段と第3の非剛性パラメータ同定手段とを具備Data identification means and third non-rigidity parameter identification means
し,上記第3の剛性パラメータ同定手段が,外界センサThe third stiffness parameter identifying means is an external sensor.
及び/又は内界センサからの出力データに対して周波数And / or frequency for output data from the internal sensor
解析を施す周波数解析手段を含み,上記第3の非剛性パA frequency analysis means for performing an analysis, wherein the third non-rigid
ラメータ同定手段が別途同定した非剛性パラメータと上Non-rigid parameters separately identified by parameter identification means
記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメータを同定しStiffness parameters are identified based on the frequency analysis results
てなるロボットの剛性同定装置において,Robot rigidity identification device 上記第3の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パThe third non-rigid parameter identification means is configured to detect the non-rigid parameter.
ラメータの同定に用いUsed for parameter identification るロボットの動作指令データ及びRobot operation command data and
上記センサからの出力データから,ロボットを剛体としFrom the output data from the above sensors, make the robot a rigid body
て動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分Frequency component higher than natural frequency in rigid mode
をそれぞれ除去した後の該動作指令データ及び出力デーThe operation command data and output data after removing
タに基づいて上記非剛性パラメータの同定を行うものでThe above non-rigid parameters are identified based on the
あることを特徴とするロボットの剛性同定装置。An apparatus for identifying rigidity of a robot.
【請求項11】11. 少なくともロボットに取り付けられたAt least attached to the robot
センサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛Based on the output data from the sensor,
性を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表すThis is a device that identifies the characteristics of a robot and expresses the characteristics of the robot.
各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むEach parameter contains rigidity parameter or rigidity inside
パラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離しParameters and other non-rigid parameters
た上で,それぞれを個別に同定する第4の剛性パラメーAnd a fourth stiffness parameter to identify each individually.
タ同定手段と第4の非剛性パラメータ同定手段とを具備Data identification means and fourth non-rigid parameter identification means
し,上記第4の剛性パラメータ同定手段が,ロボットのAnd the fourth stiffness parameter identifying means is provided for the robot.
弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ行列又はJacobi matrix from the elastic deformation part to the position of the external sensor or
その逆行列に相当する行列を演算する行列演算手段と,Matrix calculation means for calculating a matrix corresponding to the inverse matrix;
別途上記第4の非剛性パラメータ同定手段により同定さSeparately identified by the fourth non-rigid parameter identification means.
れた非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかかBased on the determined non-rigidity parameter
るモーメントを演算するモーメント演算手段とを含み,Moment calculating means for calculating the moment
上記外界センサの出力データとモーメントと行列とに基Based on the output data, moment and matrix of the external sensor
づいて剛性パラメータを同定してなるロボットの剛性同Stiffness parameter of the robot
定装置において,In the fixed device, 上記第4の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パThe fourth non-rigid parameter identification means is configured to detect the non-rigid parameter.
ラメータの同定に用いるロボットの動作指令データ及びRobot operation command data used for parameter identification and
上記センサからの出力データから,ロボットを剛体としFrom the output data from the above sensors, make the robot a rigid body
て動作する剛性モードでの固有振動数以上の高周波成分Frequency component higher than natural frequency in rigid mode
をそれぞれ除去した後の該動作指令データ及び出力デーThe operation command data and output data after removing
タに基づいて上記非剛性パラメータの同定を行うものでThe above non-rigid parameters are identified based on the
あることを特徴とするロボットの剛性同定装置。An apparatus for identifying rigidity of a robot.
【請求項12】12. 少なくともロボットに取り付けられたAt least attached to the robot
センサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛Based on the output data from the sensor,
性を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表すThis is a device that identifies the characteristics of a robot and expresses the characteristics of the robot.
各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むEach parameter contains rigidity parameter or rigidity inside
パラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離しParameters and other non-rigid parameters
た上で,それぞれを個別に同定する第5の剛性パラメーAnd a fifth stiffness parameter to identify each
タ同定手段と第5の非剛性パラメータ同定手段とを具備Data identification means and fifth non-rigid parameter identification means
し,上記第5の剛性パラメータ同定手段が,外界センサThe fifth stiffness parameter identifying means may be an external sensor.
及び/又は内界センサからの出力データに対して周波数And / or frequency for output data from the internal sensor
解析を施す周波数解析手段を含み,上記第5の非剛性パA frequency analysis means for performing an analysis, wherein the fifth non-rigid
ラメータ同定手段が別途同定した非剛性パラメータと上Non-rigid parameters separately identified by parameter identification means
記周波数解析結果とに基づいて剛性パラメータを同定しStiffness parameters are identified based on the frequency analysis results
てなるロボットの剛性同定装置において,Robot rigidity identification device 上記第5の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パThe fifth non-rigid parameter identification means may include a non-rigid parameter.
ラメータの同定に用いるロボットの動作指令データ及びRobot operation command data used for parameter identification and
上記センサからの出力データを,それぞれロボットを剛The output data from the above sensors is
体として動作する剛性モードでの固有振動数成分のみとOnly the natural frequency component in the rigid mode operating as a body
なした後の該動作指令データ及び出力データに基づいてBased on the operation command data and output data after
上記非剛性パラメータの同定を行うことものであることIdentification of the above non-rigid parameters
を特徴とするロボットの剛性同定装置。A rigidity identification device for a robot, comprising:
【請求項13】Claim 13 少なくともロボットに取り付けられたAt least attached to the robot
センサからの出力データに基づいて,上記ロボットの剛Based on the output data from the sensor,
性を同定する装置であって,上記ロボットの特性を表すThis is a device that identifies the characteristics of a robot and expresses the characteristics of the robot.
各パラメータを,剛性パラメータ又は剛性を内部に含むEach parameter contains rigidity parameter or rigidity inside
パラメータと,それ以外の非剛性パラメータとに分離しParameters and other non-rigid parameters
た上で,それぞれを個別に同定する第6の剛性パラメーAnd the sixth rigidity parameter to identify each individually.
タ同定手段と第6の非剛性パラメータ同定手段とを具備Data identification means and sixth non-rigid parameter identification means
し,上記第6の剛性パラメータ同定手段が,ロボットのAnd the sixth stiffness parameter identifying means can
弾性変形部から外界センサの位置までのヤコビ行列又はJacobi matrix from the elastic deformation part to the position of the external sensor or
その逆行列に相当する行列を演算する行列演算手段と,Matrix calculation means for calculating a matrix corresponding to the inverse matrix;
別途上記第6の非剛性パラメータ同定手段により同定さSeparately identified by the sixth non-rigid parameter identification means.
れた非剛性パラメータに基づいて上記弾性変形部にかかBased on the determined non-rigidity parameter
るモーメントを演算するモーメント演算手段とを含み,Moment calculating means for calculating the moment
上記外界センサの出力データとモーメントと行列とに基Based on the output data, moment and matrix of the external sensor
づいて剛性パラメータを同定してなるロボットの剛性同Stiffness parameter of the robot
定装置において,In the fixed device, 上記第6の非剛性パラメータ同定手段が,上記非剛性パThe sixth non-rigid parameter identification means may include the non-rigid parameter.
ラメータの同定に用いるロボットの動作指令データ及びRobot operation command data used for parameter identification and
上記センサからの出力データを,それぞれロボットを剛The output data from the above sensors is
体として動作する剛性モードでの固有振動数成分のみとOnly the natural frequency component in the rigid mode operating as a body
なした後の該動作指令データ及び出力データに基づいてBased on the operation command data and output data after
上記非剛性パラメータの同定を行うものであることを特Note that the above non-rigidity parameters are identified.
徴とするロボットの剛性同定装置。A device for identifying the rigidity of a robot.
【請求項14】14. 上記剛性パラメータの同定に際して,In identifying the above stiffness parameters,
ロボットの可動部の可動方向への弾性変形のみならず,Not only elastic deformation of the movable part of the robot in the movable direction,
可動部の可動方向以外の所定方向と,支持部の所定方向A predetermined direction other than the movable direction of the movable part and a predetermined direction of the support part
への弾性方向をも考慮したモデルを用いる請求項8〜18. A model in which an elastic direction toward the surface is also taken into consideration.
3のいずれかに記載のロボットの剛性同定装置。4. The robot rigidity identification device according to any one of 3.
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