JP4389980B2 - Control method for articulated robot - Google Patents

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本発明は、減速機を介してモータにより駆動されるロボットの位置制御における多関節型ロボットの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a control method for an articulated robot in position control of a robot driven by a motor via a speed reducer.

近年、溶接やハンドリングに用いられる垂直多関節ロボットにおいて、作業精度の向上が求められている。しかし、垂直多関節ロボットは、合成アーム長が1m以上、構成軸が6軸以上の構成が一般的であり、アームのしなりや各軸に搭載されている減速機のバネ成分によりアーム先端は振動しやすい構造になっている。特に、減速機のバネ成分による振動は、大型ロボットでは10Hz以下の低い周波数となり、位置制御性能に大きな影響を与える。   In recent years, there has been a demand for improved work accuracy in vertical articulated robots used for welding and handling. However, vertical articulated robots generally have a combined arm length of 1 m or more and 6 or more axes, and the tip of the arm is bent due to the bending of the arm and the spring component of the speed reducer mounted on each axis. The structure is easy to vibrate. In particular, the vibration due to the spring component of the speed reducer has a low frequency of 10 Hz or less in a large robot, and greatly affects the position control performance.

図2は、ロボットにおけるモータと減速機をモデル化したものであり、モータ取り付けベースとなる第1アーム(1)にモータ(2)、減速機(3)、ベアリング(4)が固定され、減速機2次側(7)の回転部に結合された負荷である第2アーム(9)を駆動する。   FIG. 2 shows a model of a motor and a speed reducer in a robot. A motor (2), a speed reducer (3), and a bearing (4) are fixed to a first arm (1) as a motor mounting base, and the speed is reduced. The second arm (9), which is a load coupled to the rotating part of the machine secondary side (7), is driven.

減速機1次側(6)はモータ回転軸(10)でモータ内のロータに結合され、モータ回転速度ωM(11)で回転する。減速機(3)は減速比Rgで、モータ回転速度ωM(11)を負荷回転速度ωL(12)に減速する。   The reduction gear primary side (6) is coupled to the rotor in the motor by the motor rotation shaft (10), and rotates at the motor rotation speed ωM (11). The reduction gear (3) reduces the motor rotation speed ωM (11) to the load rotation speed ωL (12) at a reduction ratio Rg.

Figure 0004389980
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しかし、減速機(3)は減速機1次側(6)と減速機2次側(7)の間にバネ成分が存在するので、(数1)の式が成立するのは、バネの伸びが一定となった定常状態のみである。このバネ成分のバネ定数をKsとして、図2のモデルをブロック線図で表したものが図3である。   However, since the speed reducer (3) has a spring component between the speed reducer primary side (6) and the speed reducer secondary side (7), the expression (Equation 1) is satisfied because of the extension of the spring. It is only the steady state where becomes constant. FIG. 3 shows a block diagram of the model of FIG. 2 where the spring constant of the spring component is Ks.

図3において、電流指令icom(13)はモータ(2)を駆動するモータ電流指令、Kt(14)はモータ(2)のトルク定数、1/Rg(15、16)は減速比の逆数、(17)はモータ伝達関数、(18)は負荷伝達関数、バネ定数 Ks(19)は減速機(3)のバネ定数、θs(20)は減速機1次側(6)と減速機2次側(7)間に発生するねじれ角、(21)は積分要素、Td(22)は負荷(第2アーム(9))に加わる外力である。   In FIG. 3, a current command icom (13) is a motor current command for driving the motor (2), Kt (14) is a torque constant of the motor (2), 1 / Rg (15, 16) is a reciprocal of the reduction ratio, ( 17) is the motor transfer function, (18) is the load transfer function, spring constant Ks (19) is the spring constant of the reducer (3), and θs (20) is the reducer primary side (6) and the reducer secondary side. The torsion angle generated between (7), (21) is an integral element, and Td (22) is an external force applied to the load (second arm (9)).

モータ伝達関数(17)において、JMはモータロータ(5)と減速機1次側(6)を合わせた回転軸(10)回りの慣性モーメント、DMは粘性摩擦係数である。また、負荷伝達関数(18)においても、JLは負荷(第2アーム(9))と減速機2次側(7)を合わせた回転軸(10)回りの慣性モーメント、DLは粘性摩擦係数である。   In the motor transfer function (17), JM is the moment of inertia around the rotating shaft (10) that combines the motor rotor (5) and the primary side of the speed reducer (6), and DM is the viscous friction coefficient. In the load transfer function (18), JL is the moment of inertia around the rotating shaft (10) that combines the load (second arm (9)) and the reduction gear secondary side (7), and DL is the viscous friction coefficient. is there.

図3の負荷に対し、通常用いられる位置決め制御ループを示したものが図4である。   FIG. 4 shows a normally used positioning control loop for the load shown in FIG.

図4において、位置制御ブロック(27)は、モータに接続されたエンコーダ等によって検出されるモータ回転速度ωMを積分要素(25)で積分したモータ位置フィードバックθM(24)を、モータ位置指令θcom(23)から減算し、位置比例ゲインKPP(26)を乗じてモータ速度指令ωcom(28)を生成する。   In FIG. 4, the position control block (27) outputs a motor position feedback θM (24) obtained by integrating the motor rotation speed ωM detected by an encoder or the like connected to the motor with an integration element (25), and a motor position command θcom ( 23) and is multiplied by the position proportional gain KPP (26) to generate the motor speed command ωcom (28).

Figure 0004389980
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速度制御ブロック(31)は、速度指令ωcom(28)とモータ回転速度ωMより下記式で、モータ電流指令icom0(32)を生成する。   The speed control block (31) generates a motor current command icom0 (32) from the speed command ωcom (28) and the motor rotation speed ωM by the following formula.

Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

図4で示す通常の位置制御ループでは、負荷速度ωL(12)や減速機ねじれ角θs(20)を無視し、モータ速度ωM(11)のみを観測して位置制御を行うため、減速機のバネ成分による負荷速度ωL(12)の振動を抑制することは出来なかった。   In the normal position control loop shown in FIG. 4, the load speed ωL (12) and the reducer torsion angle θs (20) are ignored, and only the motor speed ωM (11) is observed for position control. The vibration of the load speed ωL (12) due to the spring component could not be suppressed.

そこで、負荷速度ωL(12)や減速機ねじれ角θs(20)を計測し、その計測値を用いてフィードバック(以下FBと省略)制御を行うことで、減速機のバネ成分による振動を抑制する方式が考えられる。しかし、負荷速度ωL(12)や減速機ねじれ角θs(20)の計測機能を付加することにより、装置コストや負荷質量の増大を招くので、製品化するにはデメリットが大きい。   Accordingly, the load speed ωL (12) and the reducer torsion angle θs (20) are measured, and feedback (hereinafter abbreviated as FB) control is performed using the measured values, thereby suppressing vibration due to the spring component of the reducer. A method is conceivable. However, the addition of the measurement function of the load speed ωL (12) and the reducer torsion angle θs (20) causes an increase in apparatus cost and load mass.

上記課題を解決するために、図5では、図4で示した通常の位置制御ループに、状態FBブロック(39)を加えている。   In order to solve the above problem, in FIG. 5, a state FB block (39) is added to the normal position control loop shown in FIG.

状態FBブロック(39)においては、電流指令icom(13)とモータ速度ωM(11)の値を用いて、状態オブザーバ(33)により、負荷速度推定値ωLo(34)や減速機ねじれ角推定値θso(35)を推定する。これらの推定値とモータ回転速度ωM(11)にゲイン(36)〜(38)を乗じ、速度制御ブロックより生成された電流指令icom0(32)から減じて、新たに電流指令icom(13)を生成する。   In the state FB block (39), using the values of the current command icom (13) and the motor speed ωM (11), the state observer (33) causes the load speed estimated value ωLo (34) and the reducer torsion angle estimated value. Estimate θso (35). These estimated values and motor rotation speed ωM (11) are multiplied by gains (36) to (38), subtracted from the current command icom0 (32) generated from the speed control block, and a new current command icom (13) is obtained. Generate.

Figure 0004389980
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このように構成することにより、状態FBゲイン(36)〜(38)を調整することで、減速機のバネ成分による負荷速度ωL(12)の振動を抑制する制御特性の実現が可能になる。   With this configuration, it is possible to realize control characteristics that suppress the vibration of the load speed ωL (12) due to the spring component of the speed reducer by adjusting the state FB gains (36) to (38).

図6は図5における状態オブザーバ(33)を最小次元オブザーバで構成した場合の内部構造を示したもので、状態オブザーバパラメータ61〜70を以下の式で計算することにより構成する。   FIG. 6 shows an internal structure in the case where the state observer (33) in FIG. 5 is configured by a minimum dimension observer, and is configured by calculating the state observer parameters 61 to 70 by the following equations.

Figure 0004389980
Figure 0004389980

(数5)において、k1、k2(図6では69、70)は、オブザーバの応答性と安定性を決定するゲインで、オブザーバの応答性と安定性を決定する極をα1、α2と指定すると以下の式で計算される。   In (Expression 5), k1 and k2 (69 and 70 in FIG. 6) are gains that determine the responsiveness and stability of the observer, and the poles that determine the responsiveness and stability of the observer are designated as α1 and α2. It is calculated by the following formula.

Figure 0004389980
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一方、状態FBゲインKf1〜3(36)〜(38)の決定方法は最適レギュレータ等様々あるが、速度指令ωcom(23)からモータ速度ωM(11)までの伝達関数の極を指定する方式を図5の制御系で採用した場合は以下のようになる。
指定する極をβ1〜4とすると

Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
On the other hand, there are various methods for determining the state FB gains Kf1 to 3 (36) to (38), such as an optimum regulator, but a method for designating the pole of the transfer function from the speed command ωcom (23) to the motor speed ωM (11). When employed in the control system of FIG.
If the designated pole is β1-4
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

ところで、垂直多間接ロボットにおいては、ロボット自身の姿勢や、アームに取り付けられる負荷が変化すると、負荷イナーシャJLは変動する。そこで、負荷イナーシャJLを計算し、その値に基づいて、(数5)〜(数7)の式(6)〜(9)で示す状態オブザーバと状態FBのパラメータを再計算すれば良いことが公知技術として知られている。   By the way, in the vertical multi-indirect robot, when the posture of the robot itself and the load attached to the arm change, the load inertia JL changes. Therefore, it is only necessary to calculate the load inertia JL and recalculate the parameters of the state observer and the state FB represented by the equations (6) to (9) of (Equation 5) to (Equation 7) based on the value. It is known as a known technique.

しかし、近年の高応答性を要求されるロボットにおいては、図5で示す位置ループ制御の全軸分の演算を数ミリ秒以内のサンプリングで行う必要があり、数値演算が速いデジタルシグナルプロセッサ(以後DSPと略す)を用いたとしても、負荷イナーシャJLの演算と(数5)〜(数7)の式(6)〜(9)の演算を位置制御ループサンプリングの余り時間で処理する事は困難である。また、(数5)〜(数7)の式(6)〜(9)にはDSPが不得意とする除算が多く含まれている。   However, in recent robots that require high responsiveness, it is necessary to perform calculations for all the axes of the position loop control shown in FIG. 5 with sampling within a few milliseconds, and a digital signal processor (hereinafter referred to as fast numerical calculation). Even if DSP is abbreviated), it is difficult to process the calculation of the load inertia JL and the expressions (6) to (9) of (Equation 5) to (Equation 7) with the remaining time of the position control loop sampling. It is. In addition, the equations (6) to (9) in (Equation 5) to (Equation 7) include many divisions that the DSP is not good at.

以上の問題に対し、従来は状態方程式の離散化を1次で終了させて演算時間を短縮する方式が示されている(例えば、特許文献1参照。)。   To solve the above problem, there has been conventionally shown a method of shortening the computation time by terminating discretization of the state equation in the first order (see, for example, Patent Document 1).

しかし、従来のオブザーバ制御演算装置では短縮したとは言え、ロボット自身の姿勢やアームに取り付ける負荷に変化が発生すると、依然として負荷イナーシャJL、状態オブザーバ、状態FBパラメータの演算が必要であり、また、DSPが不得意とする除算が含まれていることには変わりない。   However, although shortened in the conventional observer control arithmetic device, if changes occur in the posture of the robot itself or the load attached to the arm, it is still necessary to calculate the load inertia JL, the state observer, and the state FB parameters. The division that the DSP is not good at is included.

最近のロボットにおいては、溶接や力制御のアプリケーションに適応した制御や、センサレス衝突検出に代表される安全性を高める制御等にも演算時間を割かねばならず、ますます演算処理の負荷が重くなってきている。   In recent robots, computation time must be allocated to control that is suitable for welding and force control applications, and control that improves safety represented by sensorless collision detection. It is coming.

そこで、減速機のバネ成分によるロボット先端部の振動が、ロボットアームが伸長した姿勢で大きくなることに着目し、この姿勢における状態オブザーバと状態FBのパラメータをアームに取り付けられる複数の負荷に対して予め準備し、その数に対応した複数の状態オブザーバ並びに状態FBの演算を同時に行い、それぞれの状態FB値のモータ電流指令への加算量を調整する方法が示されている(例えば、特許文献2参照。)。   Therefore, focusing on the fact that the vibration of the robot tip due to the spring component of the reducer increases in the posture where the robot arm is extended, the parameters of the state observer and state FB in this posture are applied to a plurality of loads attached to the arm. A method is disclosed in which a plurality of state observers and states FB corresponding to the numbers prepared in advance are calculated simultaneously, and the amount of addition of each state FB value to the motor current command is adjusted (for example, Patent Document 2). reference.).

図7(a)は制御対象とする垂直多関節ロボットを示している。通常の垂直多関節ロボットは基本3軸と手首3軸で構成されており、図7(a)は基本3軸のみを示している。   FIG. 7A shows a vertical articulated robot to be controlled. A normal vertical articulated robot is composed of three basic axes and three wrist axes, and FIG. 7A shows only the three basic axes.

図5等に示す、各軸の負荷速度ωL(12)をアーム先端の線速度vLに換算する式は以下の様になる。   An equation for converting the load speed ωL (12) of each axis into the linear speed vL of the arm tip shown in FIG. 5 and the like is as follows.

Figure 0004389980
ただし、
回転半径r:各軸の回転中心軸とアーム先端までの距離
手首3軸はアーム長が基本3軸に比べ短いため、回転半径rが小さく、軸回りの速度ωLに振動成分が乗っていても、アーム先端速度vLへの影響は少ないので無視することができる。
Figure 0004389980
However,
Rotational radius r: Distance between the rotation center axis of each axis and the tip of the arm The wrist three axes have a shorter arm length than the basic three axes, so the rotational radius r is small and even if the vibration component is on the speed ωL around the axis. Since the influence on the arm tip speed vL is small, it can be ignored.

図7(a)において、(101)は水平面で回転する第1軸、(102)は第1軸に取り付けられ垂直面で回転する第2軸、(103)は第2軸に取り付けられ垂直面で回転する第3軸である。(104)は第1軸の角速度ωL1、(105)は第2軸の角速度ωL2、(106)は第3軸の角速度ωL3である。   In FIG. 7A, (101) is a first axis that rotates on a horizontal plane, (102) is a second axis that is attached to the first axis and rotates on a vertical plane, and (103) is a vertical plane that is attached to the second axis. It is the 3rd axis | shaft which rotates by. (104) is the angular velocity ωL1 of the first axis, (105) is the angular velocity ωL2 of the second axis, and (106) is the angular velocity ωL3 of the third axis.

図7(b)は(数8)の式(10)が最大となる姿勢を示している。ただし、第3軸については回転中心軸とアーム先端までの距離は手首軸を無視すれば、姿勢によらず一定である。   FIG. 7B shows a posture in which Expression (10) of (Equation 8) is maximized. However, for the third axis, the distance between the rotation center axis and the arm tip is constant regardless of the posture if the wrist axis is ignored.

(107)と(108)は、それぞれ第1軸と第2軸の回転半径r1、r2であり、第1軸と第2軸の回転中心がオフセットしていなければ一致し、図7(b)の姿勢で最大となる。   (107) and (108) are the rotation radii r1 and r2 of the first axis and the second axis, respectively, and coincide with each other unless the rotation centers of the first axis and the second axis are offset, and FIG. It becomes the maximum in the posture.

また、この姿勢では、アームも含めた負荷イナーシャJLが最大となるので、振動周波数が最も低く、制御性能に悪影響を与える。さらに、図2で示す減速機(3)の減速機バネ(8)から先の負荷が大きくなるので、振動を始めると静止させにくくなる。   Further, in this posture, the load inertia JL including the arm is maximized, so that the vibration frequency is the lowest and adversely affects the control performance. Furthermore, since the load ahead from the speed reducer spring (8) of the speed reducer (3) shown in FIG. 2 becomes large, it becomes difficult to stop when vibration is started.

逆に図7(c)(d)はアームをおりたたんだ姿勢であり、図7(c)に第1軸の回転半径r1(107)、図7(d)に第2軸の回転半径r2(108)を示している。   On the other hand, FIGS. 7C and 7D show the posture in which the arm is folded. FIG. 7C shows the rotation radius r1 (107) of the first axis, and FIG. 7D shows the rotation radius of the second axis. r2 (108) is shown.

いずれにしても、図7(b)に比べると回転半径rが小さく、アームも含めた負荷イナーシャJLも小さくなるので、振動周波数が高くなり、振動の抑制も容易である。   In any case, since the rotation radius r is smaller than that in FIG. 7B and the load inertia JL including the arm is also smaller, the vibration frequency becomes higher and the vibration can be easily suppressed.

つまり、図7(b)で示す姿勢近傍が最も振動が大きく、止めにくいことが考えられるので、図7(b)近傍で状態オブザーバと状態FBのパラメータを予め調整しておく。   That is, it is considered that the vicinity of the posture shown in FIG. 7B has the largest vibration and is difficult to stop, so the parameters of the state observer and the state FB are adjusted in advance in the vicinity of FIG. 7B.

しかし、アームに取り付けられる負荷は一定ではなく、移載作業等ではロボットの動作中にも変わる。そこで、数種の負荷に対応したパラメータを図7(b)近傍で、状態オブザーバと状態FBのパラメータを予め調整しておく。   However, the load attached to the arm is not constant, and changes during the operation of the robot during transfer work or the like. Therefore, the parameters corresponding to several kinds of loads are adjusted in advance near the state observer and the state FB in the vicinity of FIG.

図8は、2種類の負荷に対応した場合の位置制御ループを示すものである。   FIG. 8 shows a position control loop corresponding to two types of loads.

図8においては2種類の負荷に対応した状態FBブロック1、2(47、57)と状態FB比率ゲインRK1、RK2(48、58)を有する。   8 includes state FB blocks 1 and 2 (47, 57) corresponding to two types of loads and state FB ratio gains RK1 and RK2 (48, 58).

状態FBブロック1、2(47、57)においては、DSPが得意とする積和演算のみで構成される。   The state FB blocks 1 and 2 (47, 57) are configured only by the product-sum operation that the DSP is good at.

状態FBブロック1、2(47、57)中の状態オブザーバと状態FBのパラメータは、それぞれの負荷に対応し、図7(b)の姿勢の近傍で予め調整された値を用いる。   The state observer and state FB parameters in the state FB blocks 1 and 2 (47, 57) correspond to the respective loads, and values adjusted in advance in the vicinity of the posture of FIG. 7B are used.

ロボット動作プログラムにより、アームに取り付けられる負荷が、状態FBブロック1(47)で調整した負荷から状態FBブロック2(57)で調整した負荷へ切り替わったことが知らされると、図8の状態FB比率ゲインRK1、RK2(48、58)は図9で示すグラフで変化させる。   When the robot operation program informs that the load attached to the arm is switched from the load adjusted in the state FB block 1 (47) to the load adjusted in the state FB block 2 (57), the state FB in FIG. The ratio gains RK1, RK2 (48, 58) are changed in the graph shown in FIG.

状態FB比率ゲインRK1、RK2(48、58)の関係は以下の式で定める。   The relationship between the state FB ratio gains RK1 and RK2 (48, 58) is determined by the following equation.

Figure 0004389980
Figure 0004389980

図9では、時刻0ではRK1=1、RK2=0であった状態FB比率ゲインは、時刻0.2で負荷切替が知らされると、RK1を0になるまで減少させる。RK2は(数9)の式(11)の関係を保つので、時刻0.7でRK2=1に増加し、負荷切替対応を完了する。   In FIG. 9, the state FB ratio gain that was RK1 = 1 and RK2 = 0 at time 0 decreases RK1 until it becomes 0 when load switching is notified at time 0.2. Since RK2 maintains the relationship of Equation (11) in (Equation 9), it increases to RK2 = 1 at time 0.7, and the load switching correspondence is completed.

この方法では、リアルタイムで負荷イナーシャ、状態オブザーバ、状態FBのパラメータ演算を行う必要はなく、DSPが得意とする積和演算で構成される複数の状態オブザーバ、状態FBの演算をするのみで良いので、十分な振動抑制効果が得られる状態で、演算時間を削減することができる。
特開平8−123508号公報 特開2006−116631号公報
In this method, it is not necessary to perform the parameter calculation of the load inertia, the state observer, and the state FB in real time, and it is only necessary to calculate the plurality of state observers and the state FB constituted by the product-sum operation that the DSP is good at. In a state where a sufficient vibration suppressing effect is obtained, the calculation time can be reduced.
JP-A-8-123508 JP 2006-116631 A

しかし、従来例の2例目で示した方法では、状態オブザーバと状態FBのパラメータは、図7(b)で示すアーム伸長姿勢における負荷イナーシャをJLとして計算し、アーム姿勢には関係なく固定値を用いている。   However, in the method shown in the second example of the conventional example, the parameters of the state observer and the state FB are calculated with the load inertia in the arm extension posture shown in FIG. 7B as JL, and are fixed values regardless of the arm posture. Is used.

アームをおりたたんだ姿勢の図7(c)(d)においては、回転半径rが小さく、アームも含めた負荷イナーシャJLも小さくなるので、振動周波数が高くなり、状態FBによる振動抑制制御は元来不要であるにも関わらず、図7(b)の伸長姿勢で調整された整合しないパラメータで状態FBによる振動抑制制御が実施されることになる。   7 (c) and 7 (d) with the arm folded, the rotation radius r is small and the load inertia JL including the arm is also small, so that the vibration frequency is high, and the vibration suppression control by the state FB is Although it is originally unnecessary, the vibration suppression control based on the state FB is performed with the inconsistent parameters adjusted in the extended posture of FIG.

つまり、状態FBによる振動抑制制御を実施しない場合より、パラメータ不一致に起因する振動が増加する可能性がある。   That is, there is a possibility that the vibration due to the parameter mismatch may increase as compared with the case where the vibration suppression control based on the state FB is not performed.

本発明は、上記課題を解決するものであり、ロボットアームが伸長した姿勢で大きくなる減速機バネ成分による振動の抑制と、アーム縮退時のパラメータ不一致に起因する振動増加の防止の両立を、現状の制御周期内の演算時間で可能とするロボットの制御方法の提供を目的とする。   The present invention solves the above-described problem, and it is possible to achieve both suppression of vibration due to a reduction gear spring component that increases in a posture in which the robot arm is extended and prevention of increase in vibration due to parameter mismatch when the arm retracts. An object of the present invention is to provide a robot control method that can be performed within a calculation time within a control cycle.

上記課題を解決するために、本発明の多関節型ロボットの制御方法は、減速機を介してモータで駆動され回転軸を中心に回転するアームを複数有し、予め記憶された動作プログラムによって動作し、前記モータの電流および回転位置情報を基に前記モータのフィードバック制御ループを構成し、アーム回転半径最大値の姿勢で状態オブザーバのパラメータと状態フィードバックゲインを予め計算しておき、前記モータの回転速度と前記状態オブザーバで推定した前記モータに接続された前記アームの回転速度推定値と前記状態オブザーバで推定した前記減速機のねじれ推定値それぞれに前記状態フィードバックゲインを乗じた上で加算することにより得られる状態フィードバック値を出力し、前記フィードバック制御ループに付加させる状態フィードバックブロックを備えた前記モータの動作を制御する多関節型ロボットの制御方法であって、前記多関節型ロボットの各姿勢における前記回転軸を中心としたアーム回転半径の前記アーム回転半径最大値に対する比の関数とする姿勢ゲインを乗じた状態フィードバック値をモータ電流指令から減算して新たなモータ電流指令とすることで、アーム回転半径が小さくなるに従い前記モータ電流指令から減算する前記姿勢ゲインを乗じた状態フィードバック値を小さくすることにより状態フィードバックの効果を小さくするものである。
In order to solve the above-described problems, the articulated robot control method of the present invention has a plurality of arms that are driven by a motor via a speed reducer and rotate around a rotation axis, and operate according to a pre-stored operation program. Then, a feedback control loop of the motor is configured based on the current and rotational position information of the motor , the state observer parameters and the state feedback gain are calculated in advance with the posture of the arm rotation radius maximum value, and the rotation of the motor By multiplying the estimated value of the rotational speed of the arm connected to the motor estimated by the speed and the state observer and the estimated value of the torsion of the reducer estimated by the state observer by multiplying the state feedback gain, respectively. outputs the resulting state feedback value, Ru state is added to the feedback control loop A method of controlling an articulated robot which controls the operation of the motor with the I over-back block, with respect to the said arm rotation radius maximum arm rotation radius around the rotation axis in the orientation of the articulated robot The state feedback value multiplied by the posture gain as a function of the ratio is subtracted from the motor current command to obtain a new motor current command, thereby multiplying the posture gain subtracted from the motor current command as the arm rotation radius decreases. it is to small fence the effect of state feedback by reducing the state feedback value.

また、本発明の多関節型ロボットの制御方法は、上記に加えて、姿勢ゲインは、回転軸を中心としたアーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比の1次関数として決定されるものである。   In the articulated robot control method of the present invention, in addition to the above, the posture gain is determined as a linear function of the square ratio of the arm rotation radius around the rotation axis to the maximum value of the arm rotation radius. Is.

また、本発明の多関節型ロボットの制御方法は、上記に加えて、姿勢ゲインは1以下であり、多関節型ロボットの各姿勢におけるアーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比が0から第1の所定値までは0であり、前記第1の所定値から第2の所定値までは直線状に増加する一次関数であらわされ、前記第2の所定値から1までは1としたものである。   In addition to the above, the control method for the articulated robot of the present invention has a posture gain of 1 or less, and the square ratio of the arm rotation radius to the maximum value of the arm rotation radius in each posture of the articulated robot is 0. The first predetermined value is 0, the first predetermined value to the second predetermined value is a linear function that increases linearly, and the second predetermined value to 1 is 1 Is.

また、本発明の多関節型ロボットの制御方法は、上記に加えて、アームには負荷の装着と離脱が可能であり、前記アームへの負荷の装着と離脱も動作プログラムに含まれ、負荷に応じた状態フィードバックブロックを複数備え、前記動作プログラムによる動作中にアームへの負荷の装着または離脱が実行されて負荷変動が発生する負荷変動時に、負荷に応じて状態フィードバックブロックを切り替えるものである。   In addition to the above, the articulated robot control method of the present invention can load and unload loads on the arm, and load and unload loads on the arm are included in the operation program. A plurality of corresponding state feedback blocks are provided, and the state feedback block is switched according to the load when the load fluctuates when the load is attached to or detached from the arm during the operation according to the operation program.

以上のように、本発明の多関節型ロボットの制御方法においては、ロボットアームが伸長した姿勢で大きくなる減速機バネ成分による振動の抑制と、アーム縮退時のパラメータ不一致に起因する振動増加の防止を実現できる。   As described above, in the articulated robot control method of the present invention, vibration suppression due to a reduction gear spring component that increases in a posture in which the robot arm is extended, and prevention of vibration increase due to parameter mismatch when the arm retracts Can be realized.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について、主に図1と図10と図11を用いて説明する。なお、上述した背景技術や発明が解決しようとする課題で説明した図2から図9と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described mainly with reference to FIG. 1, FIG. 10, and FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the location similar to FIGS. 2-9 demonstrated by the problem which the background art and invention which the invention is going to solve, and detailed description is abbreviate | omitted.

図1は多関節型ロボットの制御方法における1つの軸についての位置制御ループを示す図である。背景技術で説明した図8と異なる主な点は、状態FB比率ゲインRK1(48)、RK2(58)のそれぞれの出力に、姿勢ゲインJ1_KL1(71)、J1_KL2(72)を乗じるようにした点である。   FIG. 1 is a diagram showing a position control loop for one axis in a control method for an articulated robot. The main difference from FIG. 8 described in the background art is that the outputs of the state FB ratio gains RK1 (48) and RK2 (58) are multiplied by posture gains J1_KL1 (71) and J1_KL2 (72). It is.

図1において、状態FB比率ゲインRK1(48)、RK2(58)のそれぞれの出力に、姿勢ゲインJ1_KL1(71)、J1_KL2(72)を乗じ、これらを速度制御ブロック31より生成された電流指令icom0(32)から減じて、新たに電流指令icom(13)を生成する。   In FIG. 1, the outputs of the state FB ratio gains RK1 (48) and RK2 (58) are multiplied by posture gains J1_KL1 (71) and J1_KL2 (72), respectively, and the current command icom0 generated from the speed control block 31 is obtained. Subtracting from (32), a new current command icom (13) is generated.

なお、姿勢ゲインJ1_KL1(71)、J1_KL2(72)は、以下の手順で定める。   The posture gains J1_KL1 (71) and J1_KL2 (72) are determined by the following procedure.

上述の背景技術で記した(数4)〜(数7)にわたって状態オブザーバ、状態FBのパラメータを求めるが、ここで用いられる負荷イナーシャJLは、図7(b)に示すような伸長姿勢の近傍の値を用いている。   The parameters of the state observer and the state FB are obtained from (Equation 4) to (Equation 7) described in the background art above, and the load inertia JL used here is in the vicinity of the extended posture as shown in FIG. The value of is used.

一方、アームが縮退すると、負荷イナーシャJLが小さくなり、伸長姿勢で求めた状態オブザーバ、状態FBのパラメータの誤差が大きくなるが、反面状態FBによる振動抑制の必要性は低くなるので、負荷イナーシャJLが小さくなるにつれて状態FBを効かせないようにすれば良い。   On the other hand, when the arm is retracted, the load inertia JL is reduced, and the error of the parameter of the state observer and state FB obtained in the extended posture is increased. However, the necessity of vibration suppression by the state FB is reduced, so the load inertia JL It is only necessary that the state FB is not effective as becomes smaller.

姿勢ゲインJ1_KL1(71)、J1_KL2(72)は、アームに取り付けられる負荷に応じて状態オブザーバと状態FBのパラメータ計算に用いられた負荷イナーシャJLの最大値JLMAXに対する各姿勢での負荷イナーシャJLのイナーシャ比の1次関数として定義する。   The posture gains J1_KL1 (71) and J1_KL2 (72) are the inertia of the load inertia JL in each posture with respect to the maximum value JLMAX of the load inertia JL used for the parameter calculation of the state observer and the state FB according to the load attached to the arm. It is defined as a linear function of the ratio.

ただし、負荷イナーシャJLを動力学演算等で正確に求めようとすると、演算時間が長くなる。そこで、負荷イナーシャJLの大きさは一般的に質量あるいは回転中心からの距離の2乗に比例するので、アーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比Px(x=1,2,3)を求め、イナーシャ比の代用とする。   However, if it is attempted to accurately obtain the load inertia JL by dynamic calculation or the like, the calculation time becomes long. Accordingly, since the magnitude of the load inertia JL is generally proportional to the square of the mass or the distance from the center of rotation, the ratio of the square of the arm rotation radius to the maximum value of the arm rotation radius Px (x = 1, 2, 3) As a substitute for inertia ratio.

図10はイナーシャ比を求める概念を示すための図であり、6軸の多関節ロボットにおける基本3軸と手首3軸のうちの主に基本3軸を示している。図10において、第1軸は第1アーム(1)が回動する回転軸、第2軸は第2アーム(9)が回動する回転軸、第3軸は第3アーム(73)が回動する回転軸である。そして、L1は第1軸から第2軸までの水平距離であり、L2は第2軸から第3軸までの距離であり、L3は第3軸から第3アーム(73)の先端までの距離である。また、R1は多関節ロボットがある姿勢をとっている時の第1軸から第3アーム(73)の先端までの水平距離、すなわち、第1軸の回転半径であり、R1の最大値であるR1MAXはL1+L2+L3となる。また、R2は第2軸から第3アーム(73)の先端までの距離、すなわち、第2軸の回転半径であり、R2の最大値であるR2MAXはL2+L3となる。また、R3は第3軸から第3アーム(73)の先端までの距離、すなわち、第3軸の回転半径であり、R3の最大値であるR3MAXはL3となる。各軸において図10に基づいてアーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比Px(x=1,2,3)をあらわすと(数10)のようになる。   FIG. 10 is a diagram for illustrating the concept for obtaining the inertia ratio, and mainly shows the basic three axes of the three basic axes and the three wrist axes in the six-axis articulated robot. In FIG. 10, the first axis is the rotation axis on which the first arm (1) rotates, the second axis is the rotation axis on which the second arm (9) rotates, and the third axis is rotated by the third arm (73). A rotating shaft that moves. L1 is the horizontal distance from the first axis to the second axis, L2 is the distance from the second axis to the third axis, and L3 is the distance from the third axis to the tip of the third arm (73). It is. R1 is the horizontal distance from the first axis to the tip of the third arm (73) when the multi-joint robot is in a certain posture, that is, the rotation radius of the first axis, and is the maximum value of R1. R1MAX becomes L1 + L2 + L3. R2 is the distance from the second axis to the tip of the third arm (73), that is, the radius of rotation of the second axis, and R2MAX, which is the maximum value of R2, is L2 + L3. R3 is the distance from the third axis to the tip of the third arm (73), that is, the radius of rotation of the third axis, and R3MAX, which is the maximum value of R3, is L3. For each axis, the square ratio Px (x = 1, 2, 3) of the arm rotation radius to the maximum value of the arm rotation radius based on FIG. 10 is expressed as (Equation 10).

Figure 0004389980
Figure 0004389980

図11は、第1軸における回転半径2乗比P1と姿勢ゲインJ1_KL1(71)の1次関数の関係を示した例であり、数式で表すと以下の様になる。   FIG. 11 is an example showing the relationship between the linear function of the radius-of-rotation ratio P1 and the posture gain J1_KL1 (71) on the first axis.

Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

上記(数11)の(式13)を用いて姿勢ゲインJ1_KL1(71)を計算し、状態オブザーバによるフィードバックに乗じる。   The posture gain J1_KL1 (71) is calculated using (Expression 13) of the above (Equation 11), and is multiplied by the feedback from the state observer.

なお、姿勢ゲインJ1_KL2(72)も姿勢ゲインJ1_KL1(71)と同様であり、下記の(数12)のように表される。   The posture gain J1_KL2 (72) is the same as the posture gain J1_KL1 (71), and is expressed as (Equation 12) below.

Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

また、第2軸および第3軸の姿勢ゲインについても(数11)や(数12)で表した第1軸と同様であり、第2軸については下記の(数13)と(数14)のように表され、第3軸については下記の(数15)と(数16)のように表される。   Further, the posture gains of the second axis and the third axis are the same as the first axis expressed by (Equation 11) and (Equation 12), and the following (Equation 13) and (Equation 14) for the second axis. The third axis is expressed as (Equation 15) and (Equation 16) below.

Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

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ただし、
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However,
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ただし、
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However,
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Figure 0004389980
ただし、
Figure 0004389980
Figure 0004389980
However,
Figure 0004389980

ここで、上記した、a11,b11,c11,a21,b21,c21と、a21,b21,c21,a22,b22,c22と、a31,b31,c31,a32,b32,c32とは、例えば実験等により予め求めておくことができる。   Here, a11, b11, c11, a21, b21, c21, a21, b21, c21, a22, b22, c22, and a31, b31, c31, a32, b32, c32 are, for example, experimentally determined. It can be obtained in advance.

また、多関節型ロボットの各姿勢におけるR1やR2は、多関節型ロボットの動作プログラムから求めることができ、あるいは、第1アーム(1),第2アーム(9),第3アーム(73)の形状寸法情報は予めわかっているので、これらアームの形状寸法情報と図10に示す角度情報θ2やθ3とから求めることができる。   Further, R1 and R2 in each posture of the articulated robot can be obtained from an operation program of the articulated robot, or the first arm (1), the second arm (9), and the third arm (73). Is already known in advance, and can be obtained from the shape information of these arms and the angle information θ2 and θ3 shown in FIG.

上記の構成をとることにより、振動抑制の必要がないアーム縮退時には、姿勢ゲインKLxが0となり、状態オブザーバのフィードバックは無効となる。そして、速度制御ブロックより生成された電流指令icom0(32)がそのまま電流指令icom(13)として用いられる。その結果、パラメータ誤差による悪影響を防止できる。   By adopting the above-described configuration, the posture gain KLx becomes 0 and the state observer feedback becomes invalid when the arm is retracted without the need for vibration suppression. The current command icom0 (32) generated from the speed control block is used as it is as the current command icom (13). As a result, adverse effects due to parameter errors can be prevented.

ところで、回転半径が小さく振動への影響が少ない手首3軸の動作を無視した場合、第3軸の回転半径R3は姿勢によらず一定で、イナーシャ変動は無く、回転半径2乗比P3も一定(=1)である。アーム縮体姿勢で第2軸の回転半径2乗比P2が0に近づいた場合でもP3=1であり、つまり第2軸の姿勢ゲインJ2_KL1が0に近づいた場合でも第3軸の姿勢ゲインJ3_KL1=1であり、状態FB量に大きな差が発生する。   By the way, when the movement of the wrist 3 axis with a small turning radius and little influence on vibration is ignored, the turning radius R3 of the third axis is constant regardless of the posture, there is no inertia variation, and the turning radius square ratio P3 is also constant. (= 1). Even when the rotation radius square ratio P2 of the second axis approaches 0 in the arm contraction posture, P3 = 1. That is, even when the posture gain J2_KL1 of the second axis approaches 0, the posture gain J3_KL1 of the third axis. = 1, and a large difference occurs in the state FB amount.

第3軸の回転中心は第2アーム(9)の先端にあり、第2アーム(9)が動作すると第3軸の回転中心が移動する従属関係にあるので、出来るだけ制御系の応答は一致させたい。図12は、ロボット設置面に水平に置かれた直方体のワーク(111)を、ロボット先端に装着した溶接トーチ(110)で、図12(a)の姿勢から図12(b)の姿勢へロボットが縮対する方向(114)に等速で溶接する例を示している。この時、第2軸(102)は時計方向(112)に回転し、第3軸(103)は反時計方向(113)に回転する。第2軸(102)の動作により、第3軸(103)の回転中心はアーム先端動作方向(114)へ動かされると同時に上方へ動作させられる。溶接トーチ(110)をワーク(111)上で並行に等速動作させるためには、第2軸(102)と第3軸(103)を同期して制御する必要がある。しかし、第2軸(102)と第3軸(103)の角度指令θcomが上記軌跡を描くように正しく出力されたとしても、位置制御ループの応答性が軸毎で異なると実際の位置であるθMの追従遅れにも差が生じ、軌跡にズレが生じることとなる。例えば第2軸(102)の応答性が第3軸(103)より速ければ、第2軸(102)の回転動作はアーム全体を持ち上げる方向(第3軸を持ち上げる方向)へより速く動作させるので、溶接トーチ(110)先端は上向き(115)に軌跡がずれることになる。   The center of rotation of the third axis is at the tip of the second arm (9), and when the second arm (9) is operated, the center of rotation of the third axis moves. I want to let you. FIG. 12 is a welding torch (110) in which a rectangular parallelepiped work (111) placed horizontally on the robot installation surface is attached to the robot tip, and the robot moves from the posture of FIG. 12 (a) to the posture of FIG. 12 (b). Shows an example in which welding is performed at a constant speed in a direction (114) in which the angle is reduced. At this time, the second axis (102) rotates clockwise (112), and the third axis (103) rotates counterclockwise (113). By the operation of the second axis (102), the center of rotation of the third axis (103) is moved in the arm tip movement direction (114) and simultaneously moved upward. In order to operate the welding torch (110) at a constant speed in parallel on the workpiece (111), it is necessary to control the second axis (102) and the third axis (103) in synchronization. However, even if the angle commands θcom of the second axis (102) and the third axis (103) are correctly output so as to draw the locus, the actual position is obtained when the responsiveness of the position control loop differs for each axis. A difference also occurs in the follow-up delay of θM, and the locus is shifted. For example, if the response of the second axis (102) is faster than the third axis (103), the rotational movement of the second axis (102) moves faster in the direction of lifting the entire arm (the direction of lifting the third axis). The locus of the tip of the welding torch (110) is shifted upward (115).

上記の、軸間の応答差による軌跡ズレを抑制するために、出来るだけ軸間の応答性を一致させる手段の一例として、(数7)の式(8)、(9)で速度指令ωcom(23)からモータ速度ωM(11)までの伝達関数の極を指定する方式を背景技術で示したが、第2軸(102)の状態FB量だけが0に近づき、状態FBが無い時の伝達関数に戻ると第3軸(103)との応答差が広がる可能性が有るので、第3軸(103)の姿勢ゲインとして第2軸のJ2_KL1を用いても良い。   As an example of means for matching the responsiveness between the axes as much as possible in order to suppress the above-mentioned locus deviation due to the response difference between the axes, the speed command ωcom ( In the background art, a method for designating the pole of the transfer function from 23) to the motor speed ωM (11) is shown in the background art. However, only the state FB amount of the second axis (102) approaches 0 and there is no state FB. When returning to the function, there is a possibility that the response difference with the third axis (103) may widen, so that the second axis J2_KL1 may be used as the posture gain of the third axis (103).

以上のように、本実施の形態の関節型ロボットの制御方法によれば、減速機のバネ成分による振動が発生しやすい姿勢で、アームに取り付けられる複数の負荷に対応して予め調整されたパラメータを持つ複数の状態オブザーバ並びに状態FBの演算を同時に行い、アームに取り付けられる負荷情報に基づいて、それぞれの状態FB値のモータ電流指令への加算量の調整に関し、各姿勢におけるアーム回転半径の最大値に対する2乗比の1次関数として定義する姿勢ゲインを乗じることを特徴とする。これにより、姿勢ゲインは伸長時には1、縮退時には0に近づくので、各姿勢で最適な状態FB量を得ることが出来、リアルタイムで負荷イナーシャ、状態オブザーバ、状態FBのパラメータ演算を行う必要はなく、ロボットの姿勢変化に対応した十分な振動抑制効果が得られる状態で、演算時間を削減することができる。   As described above, according to the control method of the articulated robot of the present embodiment, parameters adjusted in advance corresponding to a plurality of loads attached to the arm in a posture in which vibration due to the spring component of the speed reducer is likely to occur. A plurality of state observers and state FB are simultaneously calculated, and based on load information attached to the arm, the adjustment of the addition amount of each state FB value to the motor current command is performed. It is characterized in that it is multiplied by a posture gain defined as a linear function of a square ratio with respect to the value. As a result, the posture gain approaches 1 when decompressing and approaches 0 when retracted, so that the optimum amount of state FB can be obtained for each posture, and there is no need to perform parameter calculations for load inertia, state observer, and state FB in real time. The calculation time can be reduced in a state where a sufficient vibration suppression effect corresponding to the robot posture change can be obtained.

本発明の多関節型ロボットの制御方法は、従来のオブザーバ制御演算装置法が有していた、負荷イナーシャ、状態オブザーバ、状態FBのパラメータ演算に要する時間を、十分な振動抑制効果が得られる状態でさらに削減することができ、溶接や力制御のアプリケーションに適応した制御や、センサレス衝突検出に代表される安全性を高める制御等にも演算時間を割くことができ、産業上有用である。   In the articulated robot control method of the present invention, the time required for the parameter calculation of the load inertia, the state observer, and the state FB, which the conventional observer control arithmetic device method has, can obtain a sufficient vibration suppressing effect. Therefore, the calculation time can be devoted to control adapted to welding and force control applications, and control such as sensorless collision detection to increase safety, which is industrially useful.

本発明の実施の形態における位置制御ループを示すブロック図The block diagram which shows the position control loop in embodiment of this invention ロボットの減速機のバネ成分を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing the spring component of the reducer of the robot ロボットの減速機のバネ成分をモデル化したブロック図A block diagram modeling the spring component of a robot reducer 1つ目の従来技術における位置制御ループを示すブロック図The block diagram which shows the position control loop in the 1st prior art 1つ目の従来技術におけるオブザーバ制御を用いた位置制御ループを示すブロック図Block diagram showing a position control loop using observer control in the first prior art 状態オブザーバの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the state observer ロボット姿勢とアーム先端振動の関係を示す概略図Schematic showing the relationship between robot posture and arm tip vibration 2つ目の従来技術における位置制御ループを示すブロック図The block diagram which shows the position control loop in the 2nd prior art 2つ目の従来技術における状態FB比率ゲインの切替方法を示す図The figure which shows the switching method of the state FB ratio gain in the 2nd prior art 本発明の実施の形態におけるアーム回転半径を示す概略図Schematic showing the arm turning radius in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における回転半径2乗比P1と姿勢ゲインJ1_KL1の関係を示す図The figure which shows the relationship between the rotation radius square ratio P1 and attitude | position gain J1_KL1 in embodiment of this invention. 第2軸と第3軸の応答差による軌跡ズレを説明するための概略図Schematic for explaining locus deviation due to response difference between second axis and third axis

符号の説明Explanation of symbols

1 第1アーム(モータ取り付けベース)
2 モータ
3 減速機
4 ベアリング
5 モータロータ
6 減速機1次側
7 減速機2次側
8 減速機バネ
9 第2アーム(負荷)
10 モータ回転軸
11 モータ回転速度ωM
12 負荷回転速度ωL
13 電流指令icom
14 Kt(モータトルク定数)
15 減速比逆数(1/Rg)
16 減速比逆数(1/Rg)
17 モータ伝達関数
18 負荷伝達関数
19 バネ定数 Ks
20 減速機ねじれ角 θs
21 積分要素
22 Td(負荷(第2アーム)に加わる外力)
23 モータ位置指令 θcom
24 モータ位置フィードバックθM
25 積分要素
26 位置比例ゲイン KPP
27 位置制御ブロック
28 モータ速度指令 ωcom
29 速度比例ゲイン KP
30 速度積分ゲイン KI
31 速度制御ブロック
32 モータ電流指令 icom0(速度制御ブロック出力)
33 状態オブザーバ
34 負荷速度推定値 ωLO
35 減速機ねじれ角推定値 θso
36 ゲイン(状態FBゲイン1 Kf1)
37 ゲイン(状態FBゲイン2 Kf2)
38 ゲイン(状態FBゲイン3 Kf3)
39 状態FBブロック
40 状態FB量 SFB
41 状態オブザーバブロック1
42 モータ回転速度推定値 ωMO 1
43 減速機ねじれ角推定値 θso1
44 状態FBゲイン1 Kf11
45 状態FBゲイン2 Kf21
46 状態FBゲイン3 Kf31
47 状態FBブロック1
48 状態FB比率ゲインRK1
49 状態FB量 SFB1
51 状態オブザーバブロック2
52 モータ回転速度推定値 ωMO 2
53 減速機ねじれ角推定値 θso2
54 状態FBゲイン1 Kf12
55 状態FBゲイン2 Kf22
56 状態FBゲイン3 Kf32
57 状態FBブロック2
58 状態FB比率ゲインRK2
59 状態FB量 SFB2
61〜70 状態オブザーバパラメータ
71 J1_KL1(姿勢ゲイン)
72 J1_KL2(姿勢ゲイン)
73 第3アーム
1 First arm (Motor mounting base)
2 Motor 3 Reduction gear 4 Bearing 5 Motor rotor 6 Reduction gear primary side 7 Reduction gear secondary side 8 Reduction gear spring 9 Second arm (load)
10 Motor rotation shaft 11 Motor rotation speed ωM
12 Load rotation speed ωL
13 Current command icom
14 Kt (motor torque constant)
15 Inverse reduction ratio (1 / Rg)
16 Inverse reduction ratio (1 / Rg)
17 Motor transfer function 18 Load transfer function 19 Spring constant Ks
20 Reducer twist angle θs
21 integration element 22 Td (external force applied to load (second arm))
23 Motor position command θcom
24 Motor position feedback θM
25 integral element 26 position proportional gain KPP
27 Position control block 28 Motor speed command ωcom
29 Speed proportional gain KP
30 Speed integral gain KI
31 Speed control block 32 Motor current command icom0 (speed control block output)
33 State observer 34 Load speed estimate ωLO
35 Estimated value of reducer twist angle θso
36 gain (status FB gain 1 Kf1)
37 gain (status FB gain 2 Kf2)
38 gain (status FB gain 3 Kf3)
39 State FB block 40 State FB amount SFB
41 State Observer Block 1
42 Estimated value of motor rotation speed ωMO 1
43 Reducer torsion angle estimate θso1
44 State FB gain 1 Kf11
45 State FB gain 2 Kf21
46 State FB gain 3 Kf31
47 State FB block 1
48 state FB ratio gain RK1
49 State FB amount SFB1
51 State Observer Block 2
52 Estimated value of motor rotation speed ωMO 2
53 Estimated value of reducer twist angle θso2
54 State FB gain 1 Kf12
55 State FB gain 2 Kf22
56 State FB gain 3 Kf32
57 State FB block 2
58 State FB ratio gain RK2
59 State FB amount SFB2
61-70 State observer parameters 71 J1_KL1 (Attitude gain)
72 J1_KL2 (Attitude gain)
73 3rd arm

Claims (4)

減速機を介してモータで駆動され回転軸を中心に回転するアームを複数有し、予め記憶された動作プログラムによって動作し、前記モータの電流および回転位置情報を基に前記モータのフィードバック制御ループを構成し、アーム回転半径最大値の姿勢で状態オブザーバのパラメータと状態フィードバックゲインを予め計算しておき、前記モータの回転速度と前記状態オブザーバで推定した前記モータに接続された前記アームの回転速度推定値と前記状態オブザーバで推定した前記減速機のねじれ推定値それぞれに前記状態フィードバックゲインを乗じた上で加算することにより得られる状態フィードバック値を出力し、前記フィードバック制御ループに付加させる状態フィードバックブロックを備えた前記モータの動作を制御する多関節型ロボットの制御方法であって、
前記多関節型ロボットの各姿勢における前記回転軸を中心としたアーム回転半径の前記アーム回転半径最大値に対する比の関数とする姿勢ゲインを乗じた状態フィードバック値をモータ電流指令から減算して新たなモータ電流指令とすることで、アーム回転半径が小さくなるに従い前記モータ電流指令から減算する前記姿勢ゲインを乗じた状態フィードバック値を小さくすることにより状態フィードバックの効果を小さくする多関節型ロボットの制御方法。
It has a plurality of arms that are driven by a motor via a speed reducer and rotate around a rotation axis, operate according to a pre-stored operation program, and perform a feedback control loop of the motor based on the motor current and rotational position information The state observer parameter and the state feedback gain are calculated in advance with the arm rotation radius maximum posture, and the rotational speed of the motor and the rotational speed of the arm connected to the motor estimated by the state observer are estimated. value and the output state feedback value obtained by adding after having multiplied the state feedback gain to twist estimate each estimated the reduction gear in a state observer, the Ru state feedback is added to the feedback control loop Articulated type for controlling the operation of the motor having a block A method of controlling a bot,
New by subtracting the articulated state feedback value obtained by multiplying a position gain as a function of the ratio of the arm rotation radius maximum arm rotation radius around the rotation axis in the posture of the robot from the motor current command A control method for an articulated robot that reduces the effect of state feedback by reducing the state feedback value multiplied by the posture gain subtracted from the motor current command as the arm rotation radius is reduced by using the motor current command .
姿勢ゲインは、回転軸を中心としたアーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比の1次関数として決定される請求項1記載の多関節型ロボットの制御方法。 2. The articulated robot control method according to claim 1, wherein the posture gain is determined as a linear function of a square ratio of the arm rotation radius about the rotation axis to the maximum value of the arm rotation radius. 姿勢ゲインは1以下であり、多関節型ロボットの各姿勢におけるアーム回転半径のアーム回転半径最大値に対する2乗比が0から第1の所定値までは0であり、前記第1の所定値から第2の所定値までは直線状に増加する一次関数であらわされ、前記第2の所定値から1までは1である請求項2記載の多関節型ロボットの制御方法。 The posture gain is 1 or less, and the square ratio of the arm rotation radius to the maximum value of the arm rotation radius in each posture of the articulated robot is 0 from the first predetermined value to 0. From the first predetermined value, 3. The articulated robot control method according to claim 2, wherein a linear function that increases linearly up to a second predetermined value is represented, and 1 from the second predetermined value to 1. アームには負荷の装着と離脱が可能であり、前記アームへの負荷の装着と離脱も動作プログラムに含まれ、負荷に応じた状態フィードバックブロックを複数備え、前記動作プログラムによる動作中に前記アームへの負荷の装着または離脱が実行されて負荷変動が発生する負荷変動時に、負荷に応じて状態フィードバックブロックを切り替える請求項1から3のいずれか1項に記載の多関節型ロボットの制御方法。 A load can be attached to and detached from the arm, and the loading and unloading of the load to and from the arm are also included in the operation program. The method of controlling an articulated robot according to any one of claims 1 to 3, wherein the state feedback block is switched according to the load when the load fluctuates when the load is attached or detached and the load fluctuates.
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