JP3355420B2 - 産業用ロボットの制御方法 - Google Patents
産業用ロボットの制御方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は駆動源とロボットアーム
との間に無視出来ない弾性要素を持つ減速機構を備えた
産業用ロボットの制御方法に関する。
との間に無視出来ない弾性要素を持つ減速機構を備えた
産業用ロボットの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は一般的な産業用ロボットの模式図
であり、図中１は基台である。基台１には制御装置２、
図示しない駆動用モータ及び減速機構が設置され、また
基台１上には関節４にて連結されたアーム３が屈伸、並
びに回転可能に支持されている。アーム３の先端アーム
にはマニュピレータ５が設けられ、制御装置２からの指
令に基づき所定の作業を実行するようになっている。
であり、図中１は基台である。基台１には制御装置２、
図示しない駆動用モータ及び減速機構が設置され、また
基台１上には関節４にて連結されたアーム３が屈伸、並
びに回転可能に支持されている。アーム３の先端アーム
にはマニュピレータ５が設けられ、制御装置２からの指
令に基づき所定の作業を実行するようになっている。
【０００３】産業用ロボットについては現在位置に関し
ての高精度化，動作の高速化が基本的な目標とされてい
る。位置に関しての高精度化には軌跡精度と位置決め精
度とに関する面がある。前者は与えられた軌跡に対する
実軌跡との差であり、周辺機器との衝突，干渉をなく
し、効率的に塗装作業等を行なう上で、また後者は搬送
物のローディング，スポット溶接作業等を行なう上で夫
々重視されている。
ての高精度化，動作の高速化が基本的な目標とされてい
る。位置に関しての高精度化には軌跡精度と位置決め精
度とに関する面がある。前者は与えられた軌跡に対する
実軌跡との差であり、周辺機器との衝突，干渉をなく
し、効率的に塗装作業等を行なう上で、また後者は搬送
物のローディング，スポット溶接作業等を行なう上で夫
々重視されている。
【０００４】一方動作の高速化は生産性と直結する重要
な要素であるがこの高速化にはロボットのアクチュエー
タと減速機構とから決まる速度それ自体の高速化技術の
外に、残留振動抑制技術があるが、特に後者は位置決め
完了時間と密接な関係があり、作業全体のサイクル時間
を支配することから極めて重要な要素となっている。
な要素であるがこの高速化にはロボットのアクチュエー
タと減速機構とから決まる速度それ自体の高速化技術の
外に、残留振動抑制技術があるが、特に後者は位置決め
完了時間と密接な関係があり、作業全体のサイクル時間
を支配することから極めて重要な要素となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで高精度化を実
現するには単純には指令値と実際の値との差を小さくす
る高ゲインの制御系を設計すればよいが、高ゲイン化は
特に現在産業用ロボットは動作範囲を広く、また高速化
を図るためにアーム減速機等の軽量化が図られている
が、これらの軽量化は剛性の低下を招きロボットに好ま
しくない振動を発生させる。
現するには単純には指令値と実際の値との差を小さくす
る高ゲインの制御系を設計すればよいが、高ゲイン化は
特に現在産業用ロボットは動作範囲を広く、また高速化
を図るためにアーム減速機等の軽量化が図られている
が、これらの軽量化は剛性の低下を招きロボットに好ま
しくない振動を発生させる。
【０００６】ロボットアームはバネ振動系に近似出来、
機械的なダイナミクスを無視出来ない状況にあり、特に
高ゲイン制御を行なうと制御系が敏感になり、ロボット
アームのバネ振動系と制御系とが共振し、残留振動を発
生する。このような振動抑制には機械的剛性を高くする
のが良いが、アーム重量を増大せしめてしまう結果とな
る。
機械的なダイナミクスを無視出来ない状況にあり、特に
高ゲイン制御を行なうと制御系が敏感になり、ロボット
アームのバネ振動系と制御系とが共振し、残留振動を発
生する。このような振動抑制には機械的剛性を高くする
のが良いが、アーム重量を増大せしめてしまう結果とな
る。
【０００７】一方制御系としては加速度フィードバック
制御、又はオブザーバを用いた状態フィードバック制御
があるが、前者では高価なセンサが必要とされ、また後
者は姿勢変化等の非線形要素には無力であるという難点
がある。このため従来にあっては通常位置ループゲイン
を低くし、振動を抑制する方法を採っており、十分な高
精度化, 高速化が達成出来ないのが現状である。
制御、又はオブザーバを用いた状態フィードバック制御
があるが、前者では高価なセンサが必要とされ、また後
者は姿勢変化等の非線形要素には無力であるという難点
がある。このため従来にあっては通常位置ループゲイン
を低くし、振動を抑制する方法を採っており、十分な高
精度化, 高速化が達成出来ないのが現状である。
【０００８】本発明者は前述の如くロボットアームの振
動の原因が機械的な振動系と高ゲインの制御系との共振
に起因することに着目し、実験研究を行なった結果、モ
ータに作用する外力とロボットアームの加速度とが所定
の関係にあることを知見した。この結果モータの外乱オ
ブサーバを用いて外力を推定し、前記関係式に基づいて
加速度を推定し、これをモータに対する位置指令に負帰
還することで効果的な防振制御が可能となる。
動の原因が機械的な振動系と高ゲインの制御系との共振
に起因することに着目し、実験研究を行なった結果、モ
ータに作用する外力とロボットアームの加速度とが所定
の関係にあることを知見した。この結果モータの外乱オ
ブサーバを用いて外力を推定し、前記関係式に基づいて
加速度を推定し、これをモータに対する位置指令に負帰
還することで効果的な防振制御が可能となる。
【０００９】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところはロボットアームの残留
振動を効果的に抑制して作業サイクルの短縮化を図れる
ようにした産業用ロボットの制御方法を提供するにあ
る。
あって、その目的とするところはロボットアームの残留
振動を効果的に抑制して作業サイクルの短縮化を図れる
ようにした産業用ロボットの制御方法を提供するにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る産業用ロボ
ットの制御方法は、駆動源との間に弾性の無視出来ない
減速機構を備えたロボットのアームを目標位置に移動位
置決めすべく、前記駆動源に動作指令を与えるようにし
た産業用ロボットの制御方法において、動作中の駆動源
の動作位置を検出し、この検出位置と動作指令とに基づ
いて駆動源に作用する外力を推定し、この推定外力に基
づいてロボットアームの振動を演算し、演算値を前記動
作指令に負帰還することを特徴とする。
ットの制御方法は、駆動源との間に弾性の無視出来ない
減速機構を備えたロボットのアームを目標位置に移動位
置決めすべく、前記駆動源に動作指令を与えるようにし
た産業用ロボットの制御方法において、動作中の駆動源
の動作位置を検出し、この検出位置と動作指令とに基づ
いて駆動源に作用する外力を推定し、この推定外力に基
づいてロボットアームの振動を演算し、演算値を前記動
作指令に負帰還することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明にあってはこれによってオブザーバを用
いてロボットアームの加速度を推定し、ロボットアーム
の振動を演算するから姿勢変化等非線形要素を補償出
来、ソフトウェア変更での防振制御が可能となる。
いてロボットアームの加速度を推定し、ロボットアーム
の振動を演算するから姿勢変化等非線形要素を補償出
来、ソフトウェア変更での防振制御が可能となる。
【００１２】（原理）ロボットにおける駆動モータの運
動方程式、ロボットアームの運動方程式は一般に次の如
くに与えられる。なおロボットアームの弾性項は減速機
の一点集中型と仮定し、一次モードのみを考慮した。
動方程式、ロボットアームの運動方程式は一般に次の如
くに与えられる。なおロボットアームの弾性項は減速機
の一点集中型と仮定し、一次モードのみを考慮した。
【００１３】
【数１】
【００１４】（４）式右辺の括弧内は理論的な減速機出
力軸回転角度とロボットアームの回転角度との差であ
り、弾性による旋回方向のねじれ角度を意味する。
（１）式のＴi は駆動モータのトルクＴ1 又はロボット
アームのトルクＴ2 であり、トルク定数をＫt 、モータ
電流をＩm とすると駆動モータのトルクＴ1 は（５）式
で、更にアーム部にはトルク発生源が存在しないことか
らアームのトルクＴ2 は（６）式で表せる。
力軸回転角度とロボットアームの回転角度との差であ
り、弾性による旋回方向のねじれ角度を意味する。
（１）式のＴi は駆動モータのトルクＴ1 又はロボット
アームのトルクＴ2 であり、トルク定数をＫt 、モータ
電流をＩm とすると駆動モータのトルクＴ1 は（５）式
で、更にアーム部にはトルク発生源が存在しないことか
らアームのトルクＴ2 は（６）式で表せる。
【００１５】Ｔ1 ＝Ｋt Ｉm …（５） Ｔ2 ＝０ …（６）
【００１６】（１）〜（６）式からモータの運動方程式
である（７）式と、ロボットアームの運動方程式である
（８）式を得る。（７），（８）式をブロック線図とし
て示したのが図２である。
である（７）式と、ロボットアームの運動方程式である
（８）式を得る。（７），（８）式をブロック線図とし
て示したのが図２である。
【００１７】
【数２】
【００１８】図２は従来における駆動モータとロボット
アームとの制御関係を示すブロック線図である。駆動モ
ータに対するモータ電流Ｉm は比例要素（Ｋt ：トルク
定数）１７を経て加え合せ点に入り、ここでは前記Ｉm
・Ｋt から、モータ部からのフィードバックデータであ
るモータ回転角速度を粘性摩擦要素（Ｄm ：モータ粘性
摩擦２０に通した値と、減速機部からのフィードバック
データである減速要素３３を経た値、即ち外力（Ｔm ）
とを減算されてモータ部へ入る。モータ部では慣性要素
（Ｊm ：モータ慣性モーメント）１８を経てモータ回転
角加速度に、次いで積分要素１９を経てモータ回転角速
度に変換され、更に積分要素２２を経て減速機部に入
る。減速機部では減速要素（Ｎ：軸減速比）３１を経て
設定角度として加え合せ点に入り、ここでフィードバッ
クデータであるロボットアーム部からのアーム回転角度
θa を減算し、その偏差θerr が比例要素３２を経て加
え合せ点に入る。ここではフィードバックデータである
アーム回転角速度を粘性摩擦要素（Ｄa ：アーム粘性摩
擦）３６に通した値を減算され、ロボットアーム部へ入
る。ロボットアーム部では慣性要素３４、積分要素３
５，３７を経、アーム回転角度θa が取り出される。
アームとの制御関係を示すブロック線図である。駆動モ
ータに対するモータ電流Ｉm は比例要素（Ｋt ：トルク
定数）１７を経て加え合せ点に入り、ここでは前記Ｉm
・Ｋt から、モータ部からのフィードバックデータであ
るモータ回転角速度を粘性摩擦要素（Ｄm ：モータ粘性
摩擦２０に通した値と、減速機部からのフィードバック
データである減速要素３３を経た値、即ち外力（Ｔm ）
とを減算されてモータ部へ入る。モータ部では慣性要素
（Ｊm ：モータ慣性モーメント）１８を経てモータ回転
角加速度に、次いで積分要素１９を経てモータ回転角速
度に変換され、更に積分要素２２を経て減速機部に入
る。減速機部では減速要素（Ｎ：軸減速比）３１を経て
設定角度として加え合せ点に入り、ここでフィードバッ
クデータであるロボットアーム部からのアーム回転角度
θa を減算し、その偏差θerr が比例要素３２を経て加
え合せ点に入る。ここではフィードバックデータである
アーム回転角速度を粘性摩擦要素（Ｄa ：アーム粘性摩
擦）３６に通した値を減算され、ロボットアーム部へ入
る。ロボットアーム部では慣性要素３４、積分要素３
５，３７を経、アーム回転角度θa が取り出される。
【００１９】図２よりロボットアームは駆動モータの回
転角度の減速比分の１を加振力（Ｔ p ）とする強制振動
系である。（９）式は（８）式を強制振動系に変形した
式である。ここで加振力Ｔp を零とみなし、（１０）式
を満足するものとするとロボットアームは減衰のある自
由振動系になり、その一般解は（１１）式になる。
転角度の減速比分の１を加振力（Ｔ p ）とする強制振動
系である。（９）式は（８）式を強制振動系に変形した
式である。ここで加振力Ｔp を零とみなし、（１０）式
を満足するものとするとロボットアームは減衰のある自
由振動系になり、その一般解は（１１）式になる。
【００２０】
【数３】
【００２１】（１１）式よりロボットアームは振幅が時
間に対して指数関数的に小さくなっていく単振動と考え
ることができる。速度，加速度の初期値を零とし、ある
時刻で（１２）式の状態の場合、図２の積分要素２２の
出力は（１２）式中の偏差θerr が三角関数に近似出来
ること、またループＡでフィードバックされた値は２回
積分されて符号が変化することから、（１３）式に示す
角度Δθm だけ瞬間的に負回転する。これはループＡに
よって偏差θerr を抑制するためにモータ回転角度θm
に対する制御がなされ、その結果振動が抑制されること
を意味する。
間に対して指数関数的に小さくなっていく単振動と考え
ることができる。速度，加速度の初期値を零とし、ある
時刻で（１２）式の状態の場合、図２の積分要素２２の
出力は（１２）式中の偏差θerr が三角関数に近似出来
ること、またループＡでフィードバックされた値は２回
積分されて符号が変化することから、（１３）式に示す
角度Δθm だけ瞬間的に負回転する。これはループＡに
よって偏差θerr を抑制するためにモータ回転角度θm
に対する制御がなされ、その結果振動が抑制されること
を意味する。
【００２２】
【数４】
【００２３】ところで（１３）式に示すようにモータ回
転角度θm がΔθm1だけ変化すると、位置偏差が発生
し、図３に示す如き制御装置内の位置コントローラで偏
差を抑えるための制御が行なわれる。
転角度θm がΔθm1だけ変化すると、位置偏差が発生
し、図３に示す如き制御装置内の位置コントローラで偏
差を抑えるための制御が行なわれる。
【００２４】図３は従来の制御装置の制御系を示すブロ
ック線図である。図３において、加え合せ点で位置指令
θord からフィードバックデータであるモータ回転角度
θmを減算し、この減算値を並列結合された位置コント
ローラ（Ｋpp：比例ゲイン）１１と、積分要素１２，位
置コントローラ（Ｋpi：積分ゲイン）１３とに通して加
え合せ点で加算する。更に加え合せ点で前記加算値から
フィードバックデータであるモータ回転角速度を減算
し、この減算値を速度コントローラ（Ｋvp：速度比例ゲ
イン）１４にとおし、加え合せ点でフィードバックデー
タである電機子電流ｉを減算し、電流コントローラ（Ｋ
i ：比例ゲイン）１５を経、加え合せ点でフィードバッ
クデータであるモータ回転角速度を比例要素（Ｋe ：逆
起電力定数）２１にとおした値を減算し、これを電機子
の入力とする。電機子（Ｒ：電機子抵抗，Ｌ：電機子リ
アクタンス）１６、比例要素（Ｋt ：トルク分電流に対
する発生トルクの比）１７を経て、加え合せ点で外力Ｔ
m を加算すると共に、これからモータ回転角速度を粘性
摩擦要素（Ｄm ：モータ粘性摩擦）２０に通した値を減
算し、これを慣性要素１８、積分要素１９，２２を経て
モータ回転角度θm として得られることとなる。図３に
おけるＫppからＫt までの信号の等価ゲインをＫall と
するとΔθm2は位置偏差抑制のため（１４）式で与えら
れ、角度θm2だけ瞬間的に正回転する。
ック線図である。図３において、加え合せ点で位置指令
θord からフィードバックデータであるモータ回転角度
θmを減算し、この減算値を並列結合された位置コント
ローラ（Ｋpp：比例ゲイン）１１と、積分要素１２，位
置コントローラ（Ｋpi：積分ゲイン）１３とに通して加
え合せ点で加算する。更に加え合せ点で前記加算値から
フィードバックデータであるモータ回転角速度を減算
し、この減算値を速度コントローラ（Ｋvp：速度比例ゲ
イン）１４にとおし、加え合せ点でフィードバックデー
タである電機子電流ｉを減算し、電流コントローラ（Ｋ
i ：比例ゲイン）１５を経、加え合せ点でフィードバッ
クデータであるモータ回転角速度を比例要素（Ｋe ：逆
起電力定数）２１にとおした値を減算し、これを電機子
の入力とする。電機子（Ｒ：電機子抵抗，Ｌ：電機子リ
アクタンス）１６、比例要素（Ｋt ：トルク分電流に対
する発生トルクの比）１７を経て、加え合せ点で外力Ｔ
m を加算すると共に、これからモータ回転角速度を粘性
摩擦要素（Ｄm ：モータ粘性摩擦）２０に通した値を減
算し、これを慣性要素１８、積分要素１９，２２を経て
モータ回転角度θm として得られることとなる。図３に
おけるＫppからＫt までの信号の等価ゲインをＫall と
するとΔθm2は位置偏差抑制のため（１４）式で与えら
れ、角度θm2だけ瞬間的に正回転する。
【００２５】
【数５】
【００２６】位置フィードバックによりモータ回転角度
θm を目標とする位置に移動させるが、目標値とθm が
一致した瞬間においてはθerr による弾性エネルギが存
在しており、モータ回転角度θm は静止せず、位置のフ
ィードバックループの影響とロボットアームの弾性力と
により減衰の遅い振動を発生する。（１４）式において
Ｋall を大きくすると振動が顕著になる。このことから
フィードバック機構を持つ高ゲインの制御系とロボット
アームの機械的な振動系がループＡにより共振すること
が振動の原因であると考えられる。
θm を目標とする位置に移動させるが、目標値とθm が
一致した瞬間においてはθerr による弾性エネルギが存
在しており、モータ回転角度θm は静止せず、位置のフ
ィードバックループの影響とロボットアームの弾性力と
により減衰の遅い振動を発生する。（１４）式において
Ｋall を大きくすると振動が顕著になる。このことから
フィードバック機構を持つ高ゲインの制御系とロボット
アームの機械的な振動系がループＡにより共振すること
が振動の原因であると考えられる。
【００２７】従って（１１）式の減衰項に注目すると、
モータ粘性摩擦Ｄa を大きくするか又はアーム慣性モー
メントＪa を小さくすることで防振効果が得られること
となる。そこで（９）式にアーム回転角加速度と同位相
の加振力（比例定数Ｋa ×アームの加速度）を与えたと
すると、（１５）式が得られる。（１５）式ではアーム
慣性モーメントＪa がＪa −Ｋa となってアーム慣性モ
ーメントＪa が見かけ上小さくなり防振効果が得られる
こととなる。
モータ粘性摩擦Ｄa を大きくするか又はアーム慣性モー
メントＪa を小さくすることで防振効果が得られること
となる。そこで（９）式にアーム回転角加速度と同位相
の加振力（比例定数Ｋa ×アームの加速度）を与えたと
すると、（１５）式が得られる。（１５）式ではアーム
慣性モーメントＪa がＪa −Ｋa となってアーム慣性モ
ーメントＪa が見かけ上小さくなり防振効果が得られる
こととなる。
【００２８】
【数６】
【００２９】即ち、図２においてモータ駆動電流Ｉm か
らＴp （θm ／Ｎ）の間には２重積分器が存在し、また
（１１）式よりアーム回転角加速度は三角関数とみなせ
ることら、これをトルク源、即ち駆動電流Ｉm に負帰還
した場合を考える。三角関数が２回積分されて符号を変
えるから、アーム回転角加速度と同位相の加振力が加え
られたこととなり、（１５）式に示すように防振効果を
得る。なおアーム回転加速度はロボットアームの場合ア
ーム粘性摩擦Ｄa が非常に小さいから（１６）式で与え
られる。
らＴp （θm ／Ｎ）の間には２重積分器が存在し、また
（１１）式よりアーム回転角加速度は三角関数とみなせ
ることら、これをトルク源、即ち駆動電流Ｉm に負帰還
した場合を考える。三角関数が２回積分されて符号を変
えるから、アーム回転角加速度と同位相の加振力が加え
られたこととなり、（１５）式に示すように防振効果を
得る。なおアーム回転加速度はロボットアームの場合ア
ーム粘性摩擦Ｄa が非常に小さいから（１６）式で与え
られる。
【００３０】
【数７】
【００３１】θerr ≪θa であることから、θerr を零
と考えることで（１６）式中のアーム慣性モーメントＪ
a は簡単に近似計算できる。従って外力Ｔm が測定でき
れば（１６）式よりアーム回転角加速度を得、その結果
をフィードバックすることで加速度フィードバックが実
現できる。これが本発明に係る産業用ロボットの制御方
法の考え方である。
と考えることで（１６）式中のアーム慣性モーメントＪ
a は簡単に近似計算できる。従って外力Ｔm が測定でき
れば（１６）式よりアーム回転角加速度を得、その結果
をフィードバックすることで加速度フィードバックが実
現できる。これが本発明に係る産業用ロボットの制御方
法の考え方である。
【実施例】
【００３２】次に本発明に係る産業用ロボットの制御方
法を具体的に説明する。図４は本発明に係る制御装置の
制御系を示すブロック線図である。図４中のＫ g は防振
ゲインである。図３に示す従来方法のブロック線図と対
比すれば明らかな如く、この防振ゲインＫg を零とすれ
ば、図３に示す従来の制御装置と同じになる。
法を具体的に説明する。図４は本発明に係る制御装置の
制御系を示すブロック線図である。図４中のＫ g は防振
ゲインである。図３に示す従来方法のブロック線図と対
比すれば明らかな如く、この防振ゲインＫg を零とすれ
ば、図３に示す従来の制御装置と同じになる。
【００３３】加え合せ点で位置指令θord からフィード
バックデータであるモータ回転角度θm を減算し、この
減算値を並列結合されている位置コントローラ（Ｋpp：
比例ゲイン）１１と、積分要素１２，位置コントローラ
（Ｋpi：積分ゲイン）１３とに通して加え合せ点で加算
する。次の加え合せ点で前記加算値からオブザーバ２２
にて求めた推定外力を要素（Ｎ：軸減速比、Ｊa アーム
慣性モーメント）２４、要素（Ｋg ：防振ゲイン）２５
に通した疑似加速度を減算し、これを速度コントローラ
に対する速度入力ｕとする。この速度入力ｕは（１７）
式で与えられる。
バックデータであるモータ回転角度θm を減算し、この
減算値を並列結合されている位置コントローラ（Ｋpp：
比例ゲイン）１１と、積分要素１２，位置コントローラ
（Ｋpi：積分ゲイン）１３とに通して加え合せ点で加算
する。次の加え合せ点で前記加算値からオブザーバ２２
にて求めた推定外力を要素（Ｎ：軸減速比、Ｊa アーム
慣性モーメント）２４、要素（Ｋg ：防振ゲイン）２５
に通した疑似加速度を減算し、これを速度コントローラ
に対する速度入力ｕとする。この速度入力ｕは（１７）
式で与えられる。
【００３４】
【数８】
【００３５】更に次の加え合せ点で速度入力ｕからフィ
ードバックデータであるモータ回転角速度を減算し、こ
の減算値を速度コントローラ（Ｋvp：比例ゲイン）１４
にとおし、加え合せ点でフィードバックデータである駆
動モータの電機子電流を減算し、電流コントローラ（Ｋ
i ：比例ゲイン）１５を経、加え合せ点でこれからフィ
ードバックデータであるモータ回転角速度を比例要素
（Ｋe ：逆起電力定数）２１にとおした値を減算し、こ
れを駆動モータの電機子入力とする。駆動モータの電機
子電流ｉは比例要素（Ｋt ：トルク分電流に対する発生
トルクの比）１７を経て、加え合せ点でこれに外力Ｔm
を加算すると共に、これからモータ回転角速度を粘性摩
擦要素（Ｄm ：モータ粘性摩擦）２０に通した値を減算
し、これを慣性要素１８、積分要素１９，２２を経てモ
ータ回転角度θm を得る。前述した外力Ｔm の計測方法
として図４に示す如きオブザーバ２２を用いて推定計算
する。以下これを説明する。
ードバックデータであるモータ回転角速度を減算し、こ
の減算値を速度コントローラ（Ｋvp：比例ゲイン）１４
にとおし、加え合せ点でフィードバックデータである駆
動モータの電機子電流を減算し、電流コントローラ（Ｋ
i ：比例ゲイン）１５を経、加え合せ点でこれからフィ
ードバックデータであるモータ回転角速度を比例要素
（Ｋe ：逆起電力定数）２１にとおした値を減算し、こ
れを駆動モータの電機子入力とする。駆動モータの電機
子電流ｉは比例要素（Ｋt ：トルク分電流に対する発生
トルクの比）１７を経て、加え合せ点でこれに外力Ｔm
を加算すると共に、これからモータ回転角速度を粘性摩
擦要素（Ｄm ：モータ粘性摩擦）２０に通した値を減算
し、これを慣性要素１８、積分要素１９，２２を経てモ
ータ回転角度θm を得る。前述した外力Ｔm の計測方法
として図４に示す如きオブザーバ２２を用いて推定計算
する。以下これを説明する。
【００３６】まず図４に示す電機子抵抗Ｒに比べインダ
クタンスＬが非常に小さいことから（１８）式を得る。
クタンスＬが非常に小さいことから（１８）式を得る。
【００３７】
【数９】
【００３８】また図４に示すモータ回転角加速度は速度
コントローラへの速度入力をｕとすると（１８）式を用
いて（１９）式で与えられる。（１９）式と外力Ｔm の
時間微分を零とすることで、モータの連続時間系状態方
程式（２１）が得られる。
コントローラへの速度入力をｕとすると（１８）式を用
いて（１９）式で与えられる。（１９）式と外力Ｔm の
時間微分を零とすることで、モータの連続時間系状態方
程式（２１）が得られる。
【００３９】
【数１０】
【００４０】（２１）式をある制御周期で離散化すると
離散時間系状態方程式（２２）を得る。
離散時間系状態方程式（２２）を得る。
【００４１】
【数１１】
【００４２】モータ回転角度θm はエンコーダから得ら
れるため出力行列はＣ＝［１００］となる。コピナスの
手法を用い、Ｃ行列と（２２）式とから（２５），（２
６）式に示す如き外乱オブザーバ２２を設計する。
れるため出力行列はＣ＝［１００］となる。コピナスの
手法を用い、Ｃ行列と（２２）式とから（２５），（２
６）式に示す如き外乱オブザーバ２２を設計する。
【００４３】
【数１２】
【００４４】（２５），（２６）式から速度入力ｕとモ
ータ回転角度θm とを用いて外力ＱＴm を推定計算する
ことが出来る。この外乱オブザーバ２２で推定した推定
外力を下記（２７）式に代入し、疑似力速度を計算す
る。
ータ回転角度θm とを用いて外力ＱＴm を推定計算する
ことが出来る。この外乱オブザーバ２２で推定した推定
外力を下記（２７）式に代入し、疑似力速度を計算す
る。
【００４５】
【数１３】
【００４６】次に本発明方法と従来方法との比較試験結
果を説明する。図５は比較試験結果を示すグラフであ
り、図５（ａ）は本発明方法による結果を、また図５
（ｂ）に防振制御を行なわない従来方法による結果を示
している。図５（ａ），図５（ｂ）は夫々横軸に時間
（秒）を、また縦軸に加速度（Ｇ）をとって示してい
る。
果を説明する。図５は比較試験結果を示すグラフであ
り、図５（ａ）は本発明方法による結果を、また図５
（ｂ）に防振制御を行なわない従来方法による結果を示
している。図５（ａ），図５（ｂ）は夫々横軸に時間
（秒）を、また縦軸に加速度（Ｇ）をとって示してい
る。
【００４７】両者を比較すれば明らかなように、図５
（ｂ）に示す従来方法に比較して図５（ａ）に示す本発
明方法ではロボットアームの振動が小さく、しかも急速
に減衰されており、従来方法では整定までに要した時間
が７００ｍｓｅｃであったのに対し、本発明方法では３
４０ｍｓｅｃに低減された。
（ｂ）に示す従来方法に比較して図５（ａ）に示す本発
明方法ではロボットアームの振動が小さく、しかも急速
に減衰されており、従来方法では整定までに要した時間
が７００ｍｓｅｃであったのに対し、本発明方法では３
４０ｍｓｅｃに低減された。
【００４８】
【発明の効果】以上の如く本発明方法にあってはモータ
の外乱をオブザーバを用いて推定し、アームの加速度を
求めるから姿勢変化等非線形要素を補償出来、また防振
の程度は防振ゲインのみの変更で対応出来て調整が簡単
となり、またアームの移動軌跡精度が高く、作業サイク
ルが短くなって、生産性が向上する等本発明は優れた効
果を奏する。
の外乱をオブザーバを用いて推定し、アームの加速度を
求めるから姿勢変化等非線形要素を補償出来、また防振
の程度は防振ゲインのみの変更で対応出来て調整が簡単
となり、またアームの移動軌跡精度が高く、作業サイク
ルが短くなって、生産性が向上する等本発明は優れた効
果を奏する。
【図１】一般的な産業用ロボットの模式図である。
【図２】従来におけるロボット制御方法におけるロボッ
トアームと駆動モータとの関係を示すブロック線図であ
る。
トアームと駆動モータとの関係を示すブロック線図であ
る。
【図３】従来のロボット制御方法における制御装置の制
御系を示すブロック線図である。
御系を示すブロック線図である。
【図４】本発明に係る産業用ロボットの制御装置におけ
る制御系を示すブロック線図である。
る制御系を示すブロック線図である。
【図５】本発明方法と従来方法との比較試験結果を示す
グラフである。
グラフである。
１１ 位置コントローラ １２ 積分要素 １３ 位置コントローラ １４ 速度コントローラ １５ 電流コントローラ ２３ オブザーバ ２４ 慣性要素 ２５ 比例要素
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46 G05D 3/00 - 3/12
Claims (1)
- 【請求項１】 駆動源との間に弾性の無視出来ない減速
機構を備えたロボットのアームを目標位置に移動位置決
めすべく、前記駆動源に動作指令を与えるようにした産
業用ロボットの制御方法において、 動作中の駆動源の動作位置を検出し、この検出位置と動
作指令とに基づいて駆動源に作用する外力を推定し、こ
の推定外力に基づいてロボットアームの振動を演算し、
演算値を前記動作指令に負帰還することを特徴とする産
業用ロボットの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28953193A JP3355420B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 産業用ロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28953193A JP3355420B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 産業用ロボットの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07136953A JPH07136953A (ja) | 1995-05-30 |
| JP3355420B2 true JP3355420B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=17744463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28953193A Expired - Fee Related JP3355420B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | 産業用ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355420B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3367641B2 (ja) * | 1998-07-31 | 2003-01-14 | 株式会社安川電機 | ロボットの制御装置 |
| JP3933158B2 (ja) * | 2004-10-21 | 2007-06-20 | 松下電器産業株式会社 | ロボットの衝突検出方法 |
| JP4985595B2 (ja) * | 2008-09-10 | 2012-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | ボルト締付装置 |
| AT507257B1 (de) * | 2008-09-10 | 2011-08-15 | Engel Austria Gmbh | Handlingteil für spritzgiessmaschine mit aktiver dämpfung |
| JP6097174B2 (ja) * | 2013-08-05 | 2017-03-15 | 株式会社東芝 | ロボット制御装置 |
| JP6647562B2 (ja) * | 2016-02-23 | 2020-02-14 | 日本製鉄株式会社 | アクチュエータの駆動制御方法およびアクチュエータの駆動制御装置 |
-
1993
- 1993-11-18 JP JP28953193A patent/JP3355420B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07136953A (ja) | 1995-05-30 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |