JP4294646B2 - ロボットアームの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
τmm = Kt * Im ・・・ (1)
τml = J * α + τμ + τdyn + τdis ・・・ (2)
ただし、式(1)、(2)における記号は以下のとおりである。
Kt: モータトルク定数
Im: モータ電流
α: モータ角加速度
ω: モータ角速度
J: モータイナーシャ(ロータ+減速機1次側)
τμ: 摩擦トルク(モータ軸端に換算)
τdyn: 動力学トルク(重力トルク、慣性力、遠心力、コリオリ力、弾性力の和。モータ軸端に換算)
τdis: 外乱トルク(外部からの接触トルク、パラメータ誤差。モータ軸端に換算)
Iml = (J * α +τμ + τdyn) / Kt ・・・ (3)
τμ =τμs + τμm + τμd ・・・ (4)
ただし、式(4)においてそれぞれの項は以下のとおり計算する
τμs = τμs0 * sgn1(ω) ・・・ (5)
sgn1(ω)= 1 (ω=0、動作方向>0)
sgn1(ω)= 0 (ω≠0)
sgn1(ω)= -1 (ω=0、動作方向<0)
τμm = τμm0 * sgn2(ω) ・・・ (6)
sgn2(ω) = -1 (ω<0)
sgn2(ω) = 0 (ω=0)
sgn2(ω) = 1 (ω>0)
τμd = D *ω ・・・ (7)
τmm = Kt * Im - (J * α + D * ω + τμ sgn(ω)) ・・・ (8)
τml = τdyn + τdis ・・・ (9)
ただし、式(1)、(2)における記号は以下のとおりである。
Kt: モータトルク定数
Im: モータ電流
α: モータ角加速度
ω: モータ角速度
J: モータイナーシャ(ロータ+減速機1次側)
D: 粘性摩擦係数(モータ軸端に換算)
τμ: 摩擦トルク(モータ軸端に換算)
τg: 重力トルク(モータ軸端に換算)
τdyn: 動力学トルク(重力トルク、慣性力、遠心力、コリオリ力、弾性力の和。モータ軸端に換算)
τdis: 外乱トルク(衝突トルク、パラメータ誤差。モータ軸端に換算)
sgn(ω) = 1 (ω>0)
sgn(ω) = 0 (ω≠0)
sgn(ω) = -1 (ω<0)
τdis = Kt * Im - (J * α + D * ω + τμ * sgn(ω) + τdyn) ・・・(10)
τmm >τml
図1は、本発明の制御方法を示すブロック線図である。図1において、26は速度切換器、27は速度切換器により選択された角速度ωである。フィードバック電流指令Icom(4)は、回転角指令θcom(1)と実際のモータ回転角θfbから、PID計算等をフィードバック制御器(2)で行い、電流制限(3)をすることで求められる。電流制限(3)の手段としては、リミットをかける方式やフィードバックゲインを下げる方式等がある。
ω = ωfb (|ωcom| ≦ |ωfb|)
ω = ωcom (|ωcom| > |ωfb|) ・・・ (12)
第1の実施例における速度切換を示すの式(12)において、速度指令値と実測値の少なくとも一方に重み係数を乗算する。
ω = ωfb (|kc1 * ωcom + kc2| ≦ |ωfb|)
ω = ωcom (|kc1 * ωcom + kc2| > |ωfb|) ・・・ (13)
kc1 > 1かつkc2 > 0 ・・・ (14)
図2は第3の実施例の制御方法を示すブロック線図である。
式で表すと、式(15)の様になる。
ω = kμ * ωfb (|kc1 * ωcom + kc2| ≦ |ωfb|)
ω =ωcom (|kc1 * ωcom + kc2| > |ωfb|) ・・・ (15)
ただし、kμ:摩擦補償率
ロボットに用いられる代表的な減速機における動摩擦トルクを外乱トルクτdis=0の条件で、動力学トルクτdynの変動に対し測定したものが、図6、図7である。図6はハーモニック減速機、図7は偏心差動式減速機の一種であるRV減速機における特性である。
τμa = A * τdyn + B (τdyn ≧ τth)
τμa = C * τdyn2 + D ( |τdyn|< τth)
τμa = E * τdyn + F (τdyn ≦ -τth) ・・・ (16)
τdisa = Kt * Im
- (J*α + D*ω+ τμa * sgn(ω) + τdyn) ・・・ (17)
次に本発明の第5の実施の形態例について説明する。
Iff = (J*α + D*ω + τμa * sgn(ω) + τdyn) / Kt ・・・ (18)
Iff = (J*s2 (θref) + D*s (θref) +τμa * sgn(ω) + τdyn) / Kt ・・・ (19)
図16は本発明の第7の実施例を示す図である。
位置制御するための電流指令Icom1(2)は、モータ回転角指令θcom(11)と実際のモータ回転角θfb(22)から、位置制御手段であるフィードバック制御器(12)で求められる。フィードバック制御器(12)は通常、PID制御等で構成される。
Dir = 1(ωfb * τdisd < 0)
Dir = 0(ωfb * τdisd ≧ 0) ・・・ (20)
Im= Icom2 (Dir=1) 電流制御モード
Im= Icom3 (Dir=0) 柔軟制御モード ・・・ (21)
Dth=1 (|ωfb| < ωth) ・・・ (22)
図19は本発明の第8の実施例を示す図である。
Dtht = 1 (|τdisd| < τthr)
Dtht = 0 (|τdisd| ≧ τthr)・・・ (23)
ただし、τthr:衝突方向判別可能トルク閾値
0 < τthr ≦ τcth(衝突検出判定閾値)
実施例7では、衝突検出後、モータ回転方向と衝突トルク方向が逆の軸では、実位置を位置指令に追従させるための電流指令を生成する位置制御から、モータ回転と逆方向のトルクをモータで発生させる電流を指令する電流制御に切り換えることによりモータ回転速度を減速し、衝突エネルギーを緩和する。その後、モータ速度が設定値以下になれば、衝突力方向に倣う柔軟制御に切り換え、衝突で生じた減速機等での歪みを解消する方法を説明した。
Dths=1 (|ωfb| > ωths) ・・・ (24)
ただし、ωths≧ωth(減速判定閾値)
図21は、本発明の第10の実施例を示す図である。
3 電流制限手段
5 モータ電流
10 モータイナーシャの伝達関数
21 摩擦計算ブロック
22 動力学計算ブロック
Claims (3)
- ロボットアームを駆動するモータの回転角を検出する工程と、
前記回転角から実測角速度を算出する工程と、
前記モータに与える回転角指令値から指令角速度を算出する工程と、
前記指令角速度と前記実測角速度の絶対値の大きな方に基づいて摩擦トルクを算出する工程と、
前記回転角指令値に基づいてモータを駆動する際に、ロボット動作に必要な電流値の算出に前記摩擦トルクを用いる工程と、モータへの電流指令値に前記ロボット動作に必要な電流値を加える工程とを含むロボットアームの制御方法。 - 指令角速度と実測角速度の絶対値を比較する際に、指令角速度と実測角速度の少なくとも一方に重み係数を乗算あるいは加算する工程を含む請求項1記載のロボットアームの制御方法。
- 前記実測角速度に摩擦補償率を乗じる工程を含む請求項1記載のロボットアームの制御方法。
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