JP3300144B2 - 多軸ロボットのウィービング制御方法 - Google Patents
多軸ロボットのウィービング制御方法Info
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- JP3300144B2 JP3300144B2 JP33830193A JP33830193A JP3300144B2 JP 3300144 B2 JP3300144 B2 JP 3300144B2 JP 33830193 A JP33830193 A JP 33830193A JP 33830193 A JP33830193 A JP 33830193A JP 3300144 B2 JP3300144 B2 JP 3300144B2
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- Japan
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- axis
- control
- disturbance
- control method
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットのウィービン
グ制御に用いて好適なウィービング制御方法に関する。
グ制御に用いて好適なウィービング制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の多軸ロボットのアームの駆動・制
御は、各回転軸毎に独立した制御系により駆動する。
御は、各回転軸毎に独立した制御系により駆動する。
【０００３】溶接ロボットでは、図７に示すように、ア
ーム１先端の工具であるトーチ２を、実線ａ、ｂで示す
如く溶接線ｃ、ｄ方向に対して、ほぼ直角に揺動させな
がら溶接（ウィービング作業）を行なう場合がある。
ーム１先端の工具であるトーチ２を、実線ａ、ｂで示す
如く溶接線ｃ、ｄ方向に対して、ほぼ直角に揺動させな
がら溶接（ウィービング作業）を行なう場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このウィービング作業
では、全軸を同時に周期的に動かして行なうので、他軸
側からの干渉を受けるが、上記した従来の各軸毎に独立
して制御する制御方法では、この他軸側からの干渉を考
慮していないので、精度の良い制御を行なうことができ
ない。
では、全軸を同時に周期的に動かして行なうので、他軸
側からの干渉を受けるが、上記した従来の各軸毎に独立
して制御する制御方法では、この他軸側からの干渉を考
慮していないので、精度の良い制御を行なうことができ
ない。
【０００５】以下、その理由を図１、図２および図６を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００６】図１は、多軸ロボットのアームの駆動・制
御系を模式的に示したもので、１１は第１アーム１０の
駆動モータ、２１は第２アーム２０の駆動モータ、３１
は第３アーム３０の駆動モータ、４０はトーチである。
５１はＡ／Ｄコンバータ、５２は制御演算部、５３はＡ
／Ｄコンバータ、５４は電力増幅器である。
御系を模式的に示したもので、１１は第１アーム１０の
駆動モータ、２１は第２アーム２０の駆動モータ、３１
は第３アーム３０の駆動モータ、４０はトーチである。
５１はＡ／Ｄコンバータ、５２は制御演算部、５３はＡ
／Ｄコンバータ、５４は電力増幅器である。
【０００７】制御演算部５２は、各回転軸の回転角を検
出するエンコーダ（図示しない）からの検出信号をＡ／
Ｄコンバータ５１を通して取り込み、角速度を演算し、
ＰＩＤ制御信号を、Ａ／Ｄコンバータ５３を通して対応
する駆動モータの駆動系に送出する。
出するエンコーダ（図示しない）からの検出信号をＡ／
Ｄコンバータ５１を通して取り込み、角速度を演算し、
ＰＩＤ制御信号を、Ａ／Ｄコンバータ５３を通して対応
する駆動モータの駆動系に送出する。
【０００８】図２は、図１に示した多軸ロボットの力学
モデル図である。同図において、ｍ1 はモータ１１から
見てトーチ側の全質量、ｍ2 はモータ２１から見てトー
チ側の全質量、ｍ3 はモータ３１から見てトーチ側の全
質量である。Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 は、それぞれ、モータ１
１、２１、３１の減速機のバネ定数、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3
は減衰定数である。θ1 は第１アームの基礎に対する回
転角、θ2 は第１アームと第２アーム間の回転角、θ 3
は第２アームと第３アーム間の回転角である。前記した
ウィービング作業時には、例えば、駆動モータ２１にと
っては、駆動モータ１１および３１の動きが周期的な干
渉力となり、これが外乱ｗとして作用する。通常、制御
ゲインを上げることにより、外乱ｗに起因する振動の抑
制を図るが制御ゲインを上げ過ぎると、発振を招いてし
まうことがある。これを図６に示す。
モデル図である。同図において、ｍ1 はモータ１１から
見てトーチ側の全質量、ｍ2 はモータ２１から見てトー
チ側の全質量、ｍ3 はモータ３１から見てトーチ側の全
質量である。Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 は、それぞれ、モータ１
１、２１、３１の減速機のバネ定数、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3
は減衰定数である。θ1 は第１アームの基礎に対する回
転角、θ2 は第１アームと第２アーム間の回転角、θ 3
は第２アームと第３アーム間の回転角である。前記した
ウィービング作業時には、例えば、駆動モータ２１にと
っては、駆動モータ１１および３１の動きが周期的な干
渉力となり、これが外乱ｗとして作用する。通常、制御
ゲインを上げることにより、外乱ｗに起因する振動の抑
制を図るが制御ゲインを上げ過ぎると、発振を招いてし
まうことがある。これを図６に示す。
【０００９】図６において、実線はＰＩＤ制御時のウィ
ービング周波数−θ2 関係を示し、一点鎖線は制御ゲイ
ンを上げた場合のウィービング周波数−θ2 関係を示し
ている。破線は、無制御の場合を示す。制御ゲインを上
げると、ウィービング周波数に対する振幅は下がるが、
系の固有振動数ｆｏでの発振が生じている。
ービング周波数−θ2 関係を示し、一点鎖線は制御ゲイ
ンを上げた場合のウィービング周波数−θ2 関係を示し
ている。破線は、無制御の場合を示す。制御ゲインを上
げると、ウィービング周波数に対する振幅は下がるが、
系の固有振動数ｆｏでの発振が生じている。
【００１０】本発明は上記問題を解決するめためになさ
れたもので、他軸側からの外乱を考慮した制御を行い、
制御ゲインを必要以上に上げることなく精度の良いウィ
ービング制御を可能にするロボットのウィービング制御
方法を提供することを目的とする。
れたもので、他軸側からの外乱を考慮した制御を行い、
制御ゲインを必要以上に上げることなく精度の良いウィ
ービング制御を可能にするロボットのウィービング制御
方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項１では、多軸ロボットのウィービング
制御において、各軸を駆動するモータに対する制御指令
が、外乱を相殺する外乱推定量を含み、当該外乱は他軸
側からの干渉力であり、上記外乱推定量は、実測される
値と、定数項とウィービング周波数を持つ変数項とで表
現される予め設定したウィービング特性とに基づき演算
により推定した量である構成とした。
するため、請求項１では、多軸ロボットのウィービング
制御において、各軸を駆動するモータに対する制御指令
が、外乱を相殺する外乱推定量を含み、当該外乱は他軸
側からの干渉力であり、上記外乱推定量は、実測される
値と、定数項とウィービング周波数を持つ変数項とで表
現される予め設定したウィービング特性とに基づき演算
により推定した量である構成とした。
【００１２】請求項２では、実測される値は、各軸の回
転角と角速度であることを特徴とする。
転角と角速度であることを特徴とする。
【００１３】
【００１４】請求項３では、任意の１つの軸の回転角と
角速度を、実測される値とすることを特徴とする。
角速度を、実測される値とすることを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明では、制御指令により、外乱（他軸側か
らの干渉力）を相殺する量の制御量を与えるので、この
外乱を抑制するために制御ゲインを必要以上に上げなく
て済む。
らの干渉力）を相殺する量の制御量を与えるので、この
外乱を抑制するために制御ゲインを必要以上に上げなく
て済む。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の１実施例を図１、図２および
図３を参照して説明する。
図３を参照して説明する。
【００１７】本実施例では、前記したウィービング作業
は、周期的な動作をさせながら、アーム先端の位置を移
動させるため、例えば、モータ２１に作用する外乱ｗも
周期的なものｗ1 と非周期的ｗ0 なものからなる、と仮
定する。すなわち、ウィービング特性を次のように定義
する。
は、周期的な動作をさせながら、アーム先端の位置を移
動させるため、例えば、モータ２１に作用する外乱ｗも
周期的なものｗ1 と非周期的ｗ0 なものからなる、と仮
定する。すなわち、ウィービング特性を次のように定義
する。
【００１８】 ｗ＝ｗ0 ＋ｗ1 ＝ａ0 ＋ａ1 ｃｏｓωd ｔ・・・・・・・・・・・・・（１） ωd ；ウィービング周波数 この外乱ｗは、センサ類で直接測定することはできない
ので、外乱推定オブザーバを構築する。
ので、外乱推定オブザーバを構築する。
【００１９】図２に示した力学モデルの運動方程式、状
態方程式を下記（２）式および（３）式で表現される。
態方程式を下記（２）式および（３）式で表現される。
【００２０】
【数０１】
【００２１】ｕ：制御入力 ｗ；外乱 Ａ、Ｂ、Ｄ；係数マトリクス また、出力方程式は（直接測定できる量はθ1 、θ2 、
θ3 ）として、
θ3 ）として、
【００２２】
【数０２】
【００２３】上記外乱推定オブザーバを構築するに際し
ては、外乱ｗを含んだ下記式の状態量
ては、外乱ｗを含んだ下記式の状態量
【００２４】
【数０３】
【００２５】を導入して、下記の拡大系の状態方程式ｘ
a 、出力方程式Ｙa を得る。
a 、出力方程式Ｙa を得る。
【００２６】
【数０４】
【００２７】
【数０５】
【００２８】この状態量における外乱を推定する外乱推
定オブザーバを一般的な最小次元オブザーバで構成する
と、最小次元オブザーバは、
定オブザーバを一般的な最小次元オブザーバで構成する
と、最小次元オブザーバは、
【００２９】
【数０６】
【００３０】で表現される。
【００３１】ここで、ｗはオブザーバの制御量、Ｙａは
測定できる値（θ1、θ2、θ3、θ1、θ2、θ3、）、ｕ
は制御指令（モータ側から見て、制御入力）、式２０の
左辺のｗは外乱推定値である。Ａ、Ｋ，Ｂ、Ｄ、Ｈはそ
れぞれ係数マトリクスで、係数マトリクスの求め方を次
に示す。
測定できる値（θ1、θ2、θ3、θ1、θ2、θ3、）、ｕ
は制御指令（モータ側から見て、制御入力）、式２０の
左辺のｗは外乱推定値である。Ａ、Ｋ，Ｂ、Ｄ、Ｈはそ
れぞれ係数マトリクスで、係数マトリクスの求め方を次
に示す。
【００３２】
【数０７】
【００３３】となるような、任意行列Ｓを求める。ここ
で、Ｗは任意の係数行列である。
で、Ｗは任意の係数行列である。
【００３４】次に、オブザーバの係数マトリクスは次式
で与えられる。
で与えられる。
【００３５】
【数０８】
【００３６】Ｌは次式の解 を求めることによって得ら
れる。
れる。
【００３７】
【数０９】
【００３８】ここで、Ｑ、Ｒは任意の係数マトリクスで
ある。
ある。
【００３９】上記から、制御入力ｕは、駆動モータ２１
の角度θ2 、角速度θ2 （式３１では「ドット」付きθ
2 ）のフィードバックと、外乱推定値ｗ（式３１では
「＾」付きｗ）を用い、駆動モータ２１に発生する外乱
を相殺する向きにフィードフォワードを考えると、次式
となる。
の角度θ2 、角速度θ2 （式３１では「ドット」付きθ
2 ）のフィードバックと、外乱推定値ｗ（式３１では
「＾」付きｗ）を用い、駆動モータ２１に発生する外乱
を相殺する向きにフィードフォワードを考えると、次式
となる。
【００４０】
【数１０】
【００４１】なお、上記各演算は、制御演算部５２で実
行する。
行する。
【００４２】本実施例では、駆動モータ２１への制御指
令として、このｕを与え、当該モータに発生する外乱を
外乱推定量ｗにより相殺するするように、フィードフォ
ワード制御する。他の駆動モータ１１、３１についても
同様である。
令として、このｕを与え、当該モータに発生する外乱を
外乱推定量ｗにより相殺するするように、フィードフォ
ワード制御する。他の駆動モータ１１、３１についても
同様である。
【００４３】図３に、この制御指令を算出するためのア
ルゴリズムを示し、図４に、本発明を実施したロボット
について測定したウィービング周波数−θ2 関係を示
す。図４と図６の対比から明らかなように、本発明を実
施した場合、ウイービング周波数近傍においては、極め
て良好な制御効果を得ている。
ルゴリズムを示し、図４に、本発明を実施したロボット
について測定したウィービング周波数−θ2 関係を示
す。図４と図６の対比から明らかなように、本発明を実
施した場合、ウイービング周波数近傍においては、極め
て良好な制御効果を得ている。
【００４４】なお、制御システムを、図５に示すような
制御システムとし、実測量をモータ２１の角度、角速度
のみとし、モータ１１および３１の角度、角速度も推定
量に含めてしまうこともできる。
制御システムとし、実測量をモータ２１の角度、角速度
のみとし、モータ１１および３１の角度、角速度も推定
量に含めてしまうこともできる。
【００４５】
【数１１】
【００４６】
【発明の効果】本発明は以上説明した通り、制御指令に
より、外乱（他軸側からの干渉力）を相殺する量の制御
量を与えるので、この外乱を抑制するために制御ゲイン
を必要以上に上げなくて済み、特に、ウイービング周波
数近傍においては、極めて良好な制御効果を発揮する。
より、外乱（他軸側からの干渉力）を相殺する量の制御
量を与えるので、この外乱を抑制するために制御ゲイン
を必要以上に上げなくて済み、特に、ウイービング周波
数近傍においては、極めて良好な制御効果を発揮する。
【図１】本発明を実施するロボットの１例のアーム部分
を示す図である。
を示す図である。
【図２】図１のロボットの力学モデルを示す図である。
【図３】制御指令演算アルゴリズムを示す図である。
【図４】本発明を実施したロボットにおけるウィービン
グ周波数−振幅特性の実測例を示す図である。
グ周波数−振幅特性の実測例を示す図である。
【図５】本発明を実施するロボットの他の１例のアーム
部分を示す図である。
部分を示す図である。
【図６】従来の制御方法を実施したロボットにおけるウ
ィービング周波数−振幅特性の実測例を示す図である。
ィービング周波数−振幅特性の実測例を示す図である。
【図７】溶接ロボットのウィービング作業を説明するた
めの図である。
めの図である。
１０、２０、３０ アーム １１、２１、３１ モータ ５２ 制御演算部（ＣＰＵ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−225514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−30581（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−92911（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−273674（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−60667（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/12 B25J 9/10 B25J 13/08
Claims (3)
- 【請求項１】 多軸ロボットのウィービング制御におい
て、各軸を駆動するモータに対する制御指令が、外乱を
相殺する外乱推定量を含み、当該外乱は他軸側からの干
渉力であり、上記外乱推定量は、実測される値と、定数
項とウィービング周波数を持つ変数項とで表現される予
め設定したウィービング特性とに基づき演算により推定
した量であることを特徴とする多軸ロボットのウィービ
ング制御方法。 - 【請求項２】 実測される値は、各軸の回転角と角速度
であることを特徴とする請求項１記載の多軸ロボットの
ウィービング制御方法。 - 【請求項３】 任意の１つの軸の回転角と角速度を、実
測される値とすることを特徴とする請求項１又は２記載
の多軸ロボットのウィービング制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33830193A JP3300144B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 多軸ロボットのウィービング制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33830193A JP3300144B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 多軸ロボットのウィービング制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07185817A JPH07185817A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3300144B2 true JP3300144B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18316854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33830193A Expired - Lifetime JP3300144B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 多軸ロボットのウィービング制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300144B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3611147B2 (ja) * | 1996-02-20 | 2005-01-19 | 株式会社安川電機 | 多軸ロボットの制御装置 |
| DE102012104253B4 (de) * | 2012-01-13 | 2016-07-28 | Robert Bosch Automotive Steering Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Strörungen in einem elektrischen Lenksystem |
| CN115444567A (zh) * | 2014-10-27 | 2022-12-09 | 直观外科手术操作公司 | 用于器械干扰补偿的系统和方法 |
| KR102617042B1 (ko) | 2014-10-27 | 2023-12-27 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | 수술 테이블에 등록하기 위한 시스템 및 방법 |
| CN107072727B (zh) | 2014-10-27 | 2020-01-24 | 直观外科手术操作公司 | 具有主动制动器释放控制装置的医疗装置 |
| CN111839731A (zh) | 2014-10-27 | 2020-10-30 | 直观外科手术操作公司 | 用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法 |
| CN110478036B (zh) | 2014-10-27 | 2022-05-17 | 直观外科手术操作公司 | 用于集成手术台的系统和方法 |
| KR102479015B1 (ko) | 2014-10-27 | 2022-12-20 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | 통합 수술 테이블 운동을 위한 시스템 및 방법 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33830193A patent/JP3300144B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07185817A (ja) | 1995-07-25 |
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