JP3215841B2 - Articulated polishing robot using sliding mode decoupling control - Google Patents

Articulated polishing robot using sliding mode decoupling control

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JP3215841B2
JP3215841B2 JP33769097A JP33769097A JP3215841B2 JP 3215841 B2 JP3215841 B2 JP 3215841B2 JP 33769097 A JP33769097 A JP 33769097A JP 33769097 A JP33769097 A JP 33769097A JP 3215841 B2 JP3215841 B2 JP 3215841B2
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polishing robot
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明 島田
勉 美多
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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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】本発明はスライディングモー
ド非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに係わり、特
に多関節研磨ロボットにスライディングモード非干渉制
御を適用可能としたことで複雑曲面の高精度研磨を可能
とし、かつチャタリングの発生を低減したスライディン
グモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-joint polishing robot using sliding mode non-interference control, and more particularly to a multi-joint polishing robot capable of applying sliding mode non-interference control to achieve high-precision polishing of complicated curved surfaces. The present invention relates to a multi-joint polishing robot using sliding mode non-interference control, which makes possible and reduces chattering.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ロボット1に加工対象となるワー
ク3を把持させて回転型研磨装置5に押し当てる方式の
研磨システムが知られている(図示略)。かかる研磨シ
ステムに対しては、ワーク3の位置と研磨面に作用する
接線方向力すなわち摩擦力をスライディングモード非干
渉制御を用いて制御することが可能である(平成9年特
許願第124933号)。ここで、スライディングモー
ド非干渉制御について説明する。まず、制御対象を数1
のように記述する。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a polishing system in which a work 1 to be processed is gripped by a robot 1 and pressed against a rotary polishing apparatus 5 (not shown). With respect to such a polishing system, it is possible to control the position of the work 3 and the tangential force, that is, the frictional force acting on the polishing surface, by using sliding mode non-interference control (1997 Patent Application No. 124933). . Here, the sliding mode non-interference control will be described. First, the control target is
Describe as follows.

【0003】[0003]

【数1】 但し、A(n×n),B(n×m),C(m×n),d
(x,t)は大きさが既知な非線形外乱で数2が成り立
ち、det(CB)≠0が成り立たずに数3が成り立
つ。
(Equation 1) Where A (n × n), B (n × m), C (m × n), d
(X, t) is a nonlinear disturbance with a known magnitude, and Equation 2 holds, and Equation 3 holds without det (CB) ≠ 0.

【0004】[0004]

【数2】 (Equation 2)

【数3】 但し、ci はC行列のi行目を意味する。よく知られる
ように数4が正則ならば制御系の非干渉化が可能であ
る。
(Equation 3) Here, c i means the i-th row of the C matrix. As is well known, if Equation 4 is regular, it is possible to make the control system non-interfering.

【0005】[0005]

【数4】 次にC行列と微分可能な目標値r(t)を用い係数行列
数5を定義し、超平面σ(t)を設計する。
(Equation 4) Next, the coefficient matrix number 5 is defined using the C matrix and the differentiable target value r (t), and a hyperplane σ (t) is designed.

【0006】[0006]

【数5】 このとき数6が成り立つ。(Equation 5) At this time, Equation 6 holds.

【0007】[0007]

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 このとき、制御入力として次の数10、数11を用い、
各行に対するリアプノフ関数の候補をVi (t)=σi
2 (t)/2≧0として数12を求める。Ki (x,
t)を数14のように選べば、Vi (t)はリアプノフ
関数となり、σi (k) →0,k≧0を得る。
(Equation 9) At this time, the following equations 10 and 11 are used as control inputs,
The candidate of the Lyapunov function for each row is V i (t) = σ i
Equation (12) is obtained assuming that 2 (t) / 2 ≧ 0. Ki (x,
If t) is selected as in Equation 14, V i (t) becomes a Lyapunov function, and σ i (k) → 0, k ≧ 0 is obtained.

【0008】[0008]

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【数14】 また,Vi (t)=σi 2 (t)/2≧0時の等価線形
系が安定となる必要十分条件は数15の不変零点が安定
であることであり、数16〜数18においてhi(s)
=0(i=1,・・・,m)が全て安定多項式で、
(C,A,B)の不変零点が安定なことと等価である。
[Equation 14] Further, a necessary and sufficient condition for stabilizing the equivalent linear system when V i (t) = σ i 2 (t) / 2 ≧ 0 is that the invariant zero of Equation 15 is stable. h i (s)
= 0 (i = 1,..., M) are all stable polynomials,
This is equivalent to the fact that the invariant zero of (C, A, B) is stable.

【0009】[0009]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 但し、数19の場合は零点がないため、hi (s)=0
(i=1,・・・,m)を安定多項式に選べば良い。
(Equation 18) However, in the case of Equation 19, since there is no zero, h i (s) = 0
(I = 1,..., M) may be selected as a stable polynomial.

【0010】[0010]

【数19】 次に、C行列の不確かさに対する対応について説明す
る。C行列が数20で表される不確かさを持つが、出力
yは直接に観測できる場合を考える。
[Equation 19] Next, the correspondence to the uncertainty of the C matrix will be described. It is assumed that the C matrix has the uncertainty represented by Expression 20, but the output y can be directly observed.

【0011】[0011]

【数20】 超平面数9のσ値は正確に求まるが、制御入力数10の
数21はC0iに対応する数22または数23を用いざる
を得ない。すると、Vがリアプノフ関数となるため数1
4のKi (x,t)は数24に修正する必要がある。
(Equation 20) Although the σ value of the number 9 of hyperplanes is accurately obtained, the expression 21 of the control input number 10 must use the expression 22 or 23 corresponding to C 0i . Then, since V becomes a Lyapunov function,
The K i (x, t) of 4 needs to be modified to Equation 24.

【0012】[0012]

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【数24】 このように、C行列の要素となる研磨面の弾性係数と摩
擦係数の不確かさに対して、非線形入力ゲインを不確か
さが無い場合の所定値より大きくすることで、制御量を
安定して超平面に収束させることを可能にしている。
(Equation 24) As described above, the uncertainty of the elastic coefficient and the friction coefficient of the polished surface, which are elements of the C matrix, is set to be larger than the predetermined value when there is no uncertainty, so that the control amount can be stably superimposed. It is possible to converge on a plane.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御系では、ロボット1の作業座標系におけるワーク3
の位置と摩擦力の制御法の発明に留まり、多関節研磨ロ
ボットを用いて実現するための制御法、即ち関節座標系
において制御入力を関節トルクとする場合の制御法につ
いては発明されておらず、実用の対象は直交型ロボット
等の一部のマニピュレータにおのずと限定されていた。
そして直交型マニピュレータでは自由度数の制約から複
雑曲面の研磨ができないという欠点を有していた。ま
た、従来の制御系では、スライディングモード非干渉制
御を用いて関節角の関数となる項を外乱とみなし、非線
形入力ゲインを大きくすることでロバスト化するため
に、スライディングモード非干渉制御特有のチャタリン
グが発生し易いという欠点を有していた。
However, in the conventional control system, the work 3 in the work coordinate system of the robot 1 is not used.
The invention is not limited to the invention of the control method of the position and the frictional force, and the control method for realizing using the multi-joint polishing robot, that is, the control method when the control input is the joint torque in the joint coordinate system has not been invented. However, practical applications have been naturally limited to some manipulators such as orthogonal robots.
The orthogonal type manipulator has a disadvantage that complicated curved surfaces cannot be polished due to restrictions on the number of degrees of freedom. In addition, in the conventional control system, the term that is a function of the joint angle is regarded as a disturbance using the sliding mode non-interference control, and robustness is achieved by increasing the nonlinear input gain. Had the drawback of easily occurring.

【0014】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、多関節研磨ロボットにスライディングモ
ード非干渉制御を適用可能としたことで複雑曲面の高精
度研磨を可能とし、かつチャタリングの発生を低減した
スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロ
ボットを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. By applying sliding mode non-interference control to an articulated polishing robot, highly accurate polishing of a complicated curved surface is enabled, and chattering is prevented. An object of the present invention is to provide an articulated polishing robot using sliding mode non-interference control with reduced occurrence.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】このため本発明は、位置
及び摩擦力を制御する多関節研磨ロボットであって、多
関節研磨ロボットの関節座標系における運動方程式をヤ
コビアンを用いて関節座標系から作業座標系に変換した
多関節研磨ロボットの作業座標系における運動方程式に
基づき予め制御設計した制御対象と、作業座標系上の力
の目標値と力の検出値間の誤差及び作業座標系上の位置
の目標値と位置の検出値間の誤差に基づき多関節研磨ロ
ボット特有の非線形性を補償するスライディングモード
非干渉制御手段と、該スライディングモード非干渉制御
手段で得た制御入力信号に対し既知のパラメータ変動の
逆ダイナミクスを加えた加算信号に基づき多関節研磨ロ
ボットの各関節トルクを算出する関節トルク算出手段
と、該関節トルク算出手段で算出した各関節トルクに基
づき各関節を駆動する関節駆動手段を備えて構成した。
本発明は、制御対象の位置及び摩擦力を制御する多関節
研磨ロボットに対し適用する。多関節研磨ロボットの関
節座標系における運動方程式を、ヤコビアンを用いて関
節座標系から作業座標系に変換する。即ち、多関節研磨
ロボットの作業座標系における運動方程式を求める。そ
して、この運動方程式に基づき制御対象を予め制御設計
する。スライディングモード非干渉制御手段では、作業
座標系上の力の目標値と力の検出値間の誤差及び作業座
標系上の位置の目標値と位置の検出値間の誤差に基づ
き、多関節研磨ロボット特有の非線形性を補償する。関
節トルク算出手段では、スライディングモード非干渉制
御手段で得た制御入力信号に基づき、多関節研磨ロボッ
トの各関節トルクを算出する。そして、関節駆動手段で
は、この算出した各関節トルクに基づき各関節を駆動す
る。この結果、多関節研磨ロボットにスライディングモ
ード非干渉制御手段を適用することが可能になり、直交
型マニピュレータでは自由度数の制約のためになし得な
かった複雑曲面の高精度研磨が可能にな多関節研磨
ロボット特有の運動方程式における、関節角の関数項の
ような既知のパラメータ変動に対しては、その逆ダイナ
ミクスを考慮する。ここで、既知のパラメータ変動は、
より具体的には、例えば粘性摩擦、遠心力、コリオリ力
及び重力のいずれか少なくとも一つにより生ずるトルク
である。そして、スライディ ングモード非干渉制御の非
線形入力は、例えばこれらの未知の変動と同程誤差等を
補償するだけにした。このことにより、スライディング
モード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットのチャタ
リングの発生を低減することが可能になった。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a multi-joint polishing robot for controlling a position and a frictional force, wherein a motion equation in a joint coordinate system of the multi-joint polishing robot is converted from a joint coordinate system using a Jacobian. The error between the control target, which is previously controlled and designed based on the equation of motion in the working coordinate system of the multi-joint polishing robot converted to the working coordinate system, the target value of the force on the working coordinate system, and the detected value of the force on the working coordinate system. Sliding mode non-interference control means for compensating for non-linearity peculiar to an articulated polishing robot based on an error between a target value of a position and a detected value of a position ; Parameter variation
A joint torque calculating means for calculating each joint torque of the multi-joint polishing robot based on an addition signal to which inverse dynamics is added; and a joint driving means for driving each joint based on each joint torque calculated by the joint torque calculating means. Configured.
The present invention is applied to an articulated polishing robot that controls the position and frictional force of a control target. The equation of motion in the joint coordinate system of the multi-joint polishing robot is converted from the joint coordinate system to the work coordinate system using Jacobian. That is, a motion equation in the work coordinate system of the multi-joint polishing robot is obtained. Then, the control target is controlled and designed in advance based on the equation of motion. In the sliding mode non-interference control means, based on the error between the target value of the force on the work coordinate system and the detected value of the force and the error between the target value of the position on the work coordinate system and the detected value of the position, the articulated polishing robot Compensate for inherent nonlinearities. The joint torque calculation means calculates each joint torque of the multi-joint polishing robot based on the control input signal obtained by the sliding mode non-interference control means. The joint driving means drives each joint based on the calculated joint torque. As a result, multi-joints polishing robot it is possible to apply the sliding mode decoupling control means, high precision polishing of a complex curved surface which could not have none for the number of degrees of freedom constraint is orthogonal manipulator capable ing. Articulated polishing
In the equation of motion specific to the robot, the function term of the joint angle
For known parameter variations such as
Consider the mix. Where the known parameter variation is
More specifically, for example, viscous friction, centrifugal force, Coriolis force
And the torque generated by at least one of gravity
It is. Then, Suraidi ring mode decoupling control non
Linear inputs, for example, have as much error as these unknown variations.
I just compensated. This allows for sliding
Chatter of an articulated polishing robot using mode non-interference control
The occurrence of rings can be reduced.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の実施形態を図1に示す。図
1において、多関節研磨ロボット10は、垂直2関節マ
ニピュレータ7が同一方向に動作する砥石9(砥石9の
代わりに研磨ベルトあるいはバフを用いてもよい)にワ
ーク3を押し付け、研磨面に設けた作業座標系において
ワーク3の位置と摩擦力を制御することで研磨作業を行
うようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a multi-joint polishing robot 10 presses a work 3 against a grindstone 9 (a polishing belt or a buff may be used in place of the grindstone 9) in which a vertical two-joint manipulator 7 operates in the same direction, and provides the work on a polishing surface. The polishing operation is performed by controlling the position and the frictional force of the work 3 in the working coordinate system.

【0018】次に、図1に基づき動作を説明する。垂直
2関節マニピュレータ7が、ワーク3をYop方向に動作
する砥石9(斜線部)に押し当て研磨する。多関節研磨
ロボット10は、作業座標系Σopにおけるワーク3の位
置Pと摩擦力Fy が目標値と一致するように制御する。
摩擦力Fy は垂直2関節マニピュレータ7の第1軸11
と第2軸13のトルクを制御し押し当て力を調節するこ
とで制御する。なお、多関節研磨ロボット10は2関節
で説明したが、本発明の適用は2関節に限定するもので
はない。
Next, the operation will be described with reference to FIG. The vertical two-joint manipulator 7 presses the workpiece 3 against a grindstone 9 (hatched portion) operating in the Yop direction to polish. Articulated polishing robot 10, the position P and the frictional force F y of the work 3 is controlled so as to match the target value in the working coordinate system sigma op.
The friction force F y is the first axis 11 of the vertical two-joint manipulator 7.
And by controlling the torque of the second shaft 13 and adjusting the pressing force. Although the multi-joint polishing robot 10 has been described with two joints, the application of the present invention is not limited to two joints.

【0019】次に、ヤコビアンを用いて運動方程式を関
節座標系から作業座標系に変換する方法について説明す
る。多関節研磨ロボット10の第1リンク15の質量m
1 ,第2リンク17の質量m2 ,第1軸11から第2軸
13までの長さl1 ,第2軸13から研磨面までの長さ
2 ,第1軸11から第1リンク15の重心までの長さ
1 、第2軸13から第2リンク17の重心までの長さ
2 とする。また、多関節研磨ロボット10のベース座
標系をΣB ,作業座標系をΣOPとし、ΣOPにおけるΣB
の原点の座標値を(XA ,YA ),ΣOPのZ軸回りのΣ
B の回転角をθA とする。またワーク3の摩擦力をFy
とする。n軸マニピュレータの関節座標系における運動
方程式は、数25で与えられる。
Next, a method of converting the equation of motion from the joint coordinate system to the working coordinate system using the Jacobian will be described. Mass m of first link 15 of articulated polishing robot 10
1, the mass m 2 of the second link 17, the length l 1 from the first axis 11 to the second shaft 13, the length l 2 of the second shaft 13 to the polishing surface, the first link 15 from the first shaft 11 the length r 1 to the center of gravity, to the second shaft 13 and the length r 2 up to the center of gravity of the second link 17. Also, multi-articular polishing robot 10 the base coordinate system sigma B, a task coordinate system and sigma OP, sigma in sigma OP B
The origin coordinate values of (X A, Y A), Σ OP about the Z axis of the sigma
The rotation angle of the B and theta A. Also, the friction force of the work 3 is represented by F y
And The equation of motion in the joint coordinate system of the n-axis manipulator is given by Equation 25.

【0020】[0020]

【数25】 但し、M(q)(n×n)は慣性行列、q(n×1)は
関節角度、数26は粘性摩擦,遠心力、コリオリ力、重
力によって生じるトルク、Jr (q)(n×n)は作業
座標系と関節座標系を結び付けるヤコビアン、F(n×
1)は研磨面から受ける力、τ(n×1)は関節の入力
トルクを表す。
(Equation 25) Here, M (q) (n × n) is an inertia matrix, q (n × 1) is a joint angle, Equation 26 is viscous friction, centrifugal force, Coriolis force, torque generated by gravity, J r (q) (nx n) is a Jacobian linking the working coordinate system and the joint coordinate system, and F (n ×
1) represents the force received from the polished surface, and τ (n × 1) represents the input torque of the joint.

【0021】[0021]

【数26】 一方、作業座標系におけるワーク3の位置をp(n×
1)とすると、pは関節角qの関数であり数27で表さ
れる。
(Equation 26) On the other hand, the position of the work 3 in the work coordinate system is defined as p (n ×
Assuming that 1), p is a function of the joint angle q and is expressed by Expression 27.

【0022】[0022]

【数27】 また、数27の両辺を微分することにより数28には数
29が成り立つ。
[Equation 27] By differentiating both sides of Expression 27, Expression 29 is established in Expression 28.

【0023】[0023]

【数28】 [Equation 28]

【数29】 但し数30とする。(Equation 29) However, the number is set to 30.

【0024】[0024]

【数30】 数29の両辺を微分すると、数31を得る。[Equation 30] By differentiating both sides of Equation 29, Equation 31 is obtained.

【0025】[0025]

【数31】 数31を数25に代入し左から(Jr (q)T-1を掛
けることにより作業座標系における運動方程式数32を
得る。
(Equation 31) Obtaining a motion equation number 32 in the working coordinate system by multiplying from the left by substituting the number 31 to number 25 (J r (q) T) -1.

【0026】[0026]

【数32】 但し数33、数34である。(Equation 32) However, Equations 33 and 34 are provided.

【0027】[0027]

【数33】 [Equation 33]

【数34】 次に、以下のように外力を定義し、制御系の設計を行
う。まず、次のような仮定を行う。力F(n×1)のう
ち、研磨面での法線方向力は弾性によって生じ、接線方
向の摩擦力は法線方向力に摩擦係数を乗じたものとす
る。係数行列K(n×n)を定義すると、ノミナル値と
変動を考慮し力F(n×1)は数35のように表され
る。
(Equation 34) Next, an external force is defined as follows, and a control system is designed. First, the following assumptions are made. Of the force F (n × 1), the normal force on the polished surface is generated by elasticity, and the tangential friction force is obtained by multiplying the normal force by the friction coefficient. When the coefficient matrix K (n × n) is defined, the force F (n × 1) is expressed as shown in Expression 35 in consideration of the nominal value and the fluctuation.

【0028】[0028]

【数35】 このとき、K(n×n)の要素は任意とはならず、物理
的性質に対応した構造を有し、後述するように制御の可
否に関係する。また、慣性モーメントMx 、非線形力h
x に関してもノミナル値と変動を考慮して数36、数3
7のように定義できる。
(Equation 35) At this time, the element of K (n × n) is not arbitrary, has a structure corresponding to the physical property, and relates to the controllability as described later. In addition, the moment of inertia M x , the nonlinear force h
x is also given by Equations 36 and 3 in consideration of the nominal value and fluctuation.
7 can be defined.

【0029】[0029]

【数36】 [Equation 36]

【数37】 すると運動方程式は数38のように書き表わせる。(37) Then, the equation of motion can be expressed as shown in Equation 38.

【0030】[0030]

【数38】 但し数39である。(38) However, it is Equation 39.

【0031】[0031]

【数39】 ここで状態量を数40のように定義する。[Equation 39] Here, the state quantity is defined as shown in Expression 40.

【0032】[0032]

【数40】 また、線形化入力として数41を定義する。(Equation 40) Equation 41 is defined as a linearization input.

【0033】[0033]

【数41】 すると、数42の状態方程式が得られる。[Equation 41] Then, the state equation of Formula 42 is obtained.

【0034】[0034]

【数42】 次に、観測値y(l×n)は接線方向位置と接線方向摩
擦力からなるが、出力の各成分は互いに従属関係にない
ものと仮定する。この仮定は先述した仮定により導き出
される。
(Equation 42) Next, the observation y (l × n) consists of the tangential position and the tangential frictional force, but it is assumed that the components of the output are not dependent on each other. This assumption is derived from the above-mentioned assumption.

【0035】[0035]

【数43】 ここでy1 は力観測成分ベクトル、y2 は位置観測成分
ベクトルであり、S1 とS2 はyの各要素が互いに非従
属関係となるように用途に合わせて選択する選択行列で
ある。なお、切り替えゲインは、数44のように表され
る。
[Equation 43] Here, y 1 is a force observation component vector, y 2 is a position observation component vector, and S 1 and S 2 are selection matrices that are selected according to the application so that the elements of y have a non-dependent relationship with each other. Note that the switching gain is expressed as in Equation 44.

【0036】[0036]

【数44】 但し、数45である。[Equation 44] However, it is Equation 45.

【0037】[0037]

【数45】 ここに、ΔM,Δh,ΔKはM,h,Kの未知の変動量
である。マニピュレータ7の関節入力トルクτ(t)は
数46とする。
[Equation 45] Here, ΔM, Δh, and ΔK are unknown variations of M, h, and K. The joint input torque τ (t) of the manipulator 7 is expressed by the following equation (46).

【0038】[0038]

【数46】 但し、数47である。[Equation 46] However, it is Equation 47.

【0039】[0039]

【数47】 図2に制御系ブロック線図を示す。スライディングモー
ド非干渉制御部21では、接線方向位置の目標値Pr
び摩擦力の目標値Fr を入力する。そして、これらの目
標値は、検出された接線方向位置P及び摩擦力Fと比較
され、その誤差が求められる。そして、スライディング
モード非干渉制御に基づく演算がなされ、制御入力信号
uが出力される。制御入力信号uに対しては、非線形力
x0の逆ダイナミクスが加算される。この加算信号はヤ
コビアンにより関節トルクに変換されて、垂直2関節マ
ニピュレータ7ヘ入力される。
[Equation 47] FIG. 2 shows a control system block diagram. In the sliding mode decoupling control unit 21, inputs the target value F r of the target value P r and the frictional force of tangential positions. Then, these target values are compared with the detected tangential position P and the detected frictional force F, and the error is obtained. Then, a calculation based on the sliding mode non-interference control is performed, and a control input signal u is output. The inverse dynamics of the nonlinear force h x0 is added to the control input signal u. This addition signal is converted into a joint torque by the Jacobian and input to the vertical two-joint manipulator 7.

【0040】また、図3に摩擦係数α。=0.5,弾性
係数k。=1000(N/m),α。,k。,MX0の変
動を10%としたときのシミュレーション結果を示す。
実線は摩擦カFy ,点線は目標値Fry,破線はワーク3
のY方向の位置Py ,目標値Pry=0である。この例か
らFy ,Py は目標値に追従し、パラメータ変動に対
し、ロバストなハイブリッド制御系が実現されているこ
とがわかる。
FIG. 3 shows the friction coefficient α. = 0.5, elastic modulus k. = 1000 (N / m), α. , K. , M X0 show a simulation result when the variation is 10%.
Solid line is friction force F y , dotted line is target value F ry , broken line is work 3
Is the position P y in the Y direction and the target value P ry = 0. From this example, it can be seen that F y and P y follow the target values, and a hybrid control system that is robust against parameter variations is realized.

【0041】以上のように、マニピュレータ7の運動方
程式を、ヤコビアンを用いて関節座標系から作業座標系
に変換することで、多関節研磨ロボットの位置・摩擦力
制御にスライディングモード非干渉制御を適用可能に
し、多自由度研磨ロボットの高精度な位置・摩擦力制御
を可能とすることが出来る。また、マニピュレータ7特
有の運動方程式における関節角の関数項のような既知の
パラメータ変動に対してはその逆ダイナミクスを考慮
し、スライディングモード非干渉制御の非線形入力は未
知のパラメータ変動を補償するだけにした。従って、ス
ライディングモード制御特有のチヤタリングの発生を低
減することが出来る。
As described above, by converting the equation of motion of the manipulator 7 from the joint coordinate system to the working coordinate system using the Jacobian, the sliding mode non-interference control is applied to the position / friction force control of the multi-joint polishing robot. This enables highly accurate position / friction force control of the multi-degree-of-freedom polishing robot. In addition, for a known parameter fluctuation such as a function term of a joint angle in the equation of motion peculiar to the manipulator 7, the inverse dynamics is considered, and the nonlinear input of the sliding mode non-interference control only compensates for the unknown parameter fluctuation. did. Therefore, occurrence of chattering peculiar to the sliding mode control can be reduced.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ニピュレータの運動方程式を、関節座標系から作業座標
系に変換したことで、多関節研磨ロボットにスライディ
ングモード非干渉制御手段を適用することが可能にな
り、直交型マニピュレータでは自由度数の制約のために
なし得なかった複雑曲面の高精度研磨が可能になった。
そして、スライディングモード非干渉制御への非線形入
力は、未知のパラメータ変動のみとしたことにより、ス
ライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボ
ットのチャタリングの発生を低減することが可能になっ
た。
As described above, according to the present invention, the sliding mode non-interference control means is applied to the articulated polishing robot by converting the motion equation of the manipulator from the joint coordinate system to the work coordinate system. This has enabled high-precision polishing of complicated curved surfaces that could not be achieved with the orthogonal manipulator due to the restriction of the number of degrees of freedom.
Then, the nonlinear input to the sliding mode non-interference control
The force is controlled by using only unknown parameter variations.
Articulated polishing robot using riding mode decoupling control
It is possible to reduce the occurrence of chattering
Was.

【0043】[0043]

【0044】[0044]

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

【図1】 本発明の実施形態の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】 制御系ブロック線図FIG. 2 is a control system block diagram.

【図3】 シミュレーション結果FIG. 3 Simulation results

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット 3 ワーク 7 垂直2関節マニピュレータ 9 砥石 10 多関節研磨ロボット 11 第1軸 13 第2軸 15 第1リンク 17 第2リンク 21 スライディングモード非干渉制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot 3 Work 7 Vertical two-joint manipulator 9 Grinding stone 10 Multi-joint polishing robot 11 First axis 13 Second axis 15 First link 17 Second link 21 Sliding mode non-interference control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−103945(JP,A) 特開 平7−121209(JP,A) 特開 昭63−47058(JP,A) 特開 平5−88749(JP,A) 特開 平2−297612(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 13/00 B25J 9/16 B24B 27/00 G05B 13/00 G05D 3/12 305 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-9-103945 (JP, A) JP-A-7-121209 (JP, A) JP-A-63-47058 (JP, A) JP-A-5-105 88749 (JP, A) JP-A-2-297612 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 13/00 B25J 9/16 B24B 27/00 G05B 13/00 G05D 3/12 305

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 位置及び摩擦力を制御する多関節研磨ロ
ボットであって、多関節研磨ロボットの関節座標系にお
ける運動方程式をヤコビアンを用いて関節座標系から作
業座標系に変換した多関節研磨ロボットの作業座標系に
おける運動方程式に基づき予め制御設計した制御対象
と、作業座標系上の力の目標値と力の検出値間の誤差及
び作業座標系上の位置の目標値と位置の検出値間の誤差
に基づき多関節研磨ロボット特有の非線形性を補償する
スライディングモード非干渉制御手段と、該スライディ
ングモード非干渉制御手段で得た制御入力信号に対し既
知のパラメータ変動の逆ダイナミクスを加えた加算信号
に基づき多関節研磨ロボットの各関節トルクを算出する
関節トルク算出手段と、該関節トルク算出手段で算出し
た各関節トルクに基づき各関節を駆動する関節駆動手段
を備えたことを特徴とするスライディングモード非干渉
制御を用いた多関節研磨ロボット。
An articulated polishing robot for controlling a position and a frictional force, wherein a motion equation in an articulated coordinate system of the articulated polishing robot is converted from an articulated coordinate system to a working coordinate system using a Jacobian. The error between the control target pre-designed based on the equation of motion in the work coordinate system, the target value of the force on the work coordinate system and the detected value of the force, and the difference between the target value of the position on the work coordinate system and the detected value of the position a sliding mode decoupling control means for compensating articulated polishing robot inherent nonlinearity based on an error, already to the control input signal obtained by said sliding mode decoupling control means
Joint torque calculating means for calculating each joint torque of the multi-joint polishing robot based on an addition signal obtained by adding the inverse dynamics of the known parameter fluctuation, and each joint based on each joint torque calculated by the joint torque calculating means. A multi-joint polishing robot using sliding mode decoupling control, characterized by comprising a joint driving means for driving the robot.
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