JPH01209510A - ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はロボットの制御装置に関し、特にアーム先端
の振動を抑制し、位置決め時間の短縮と位置決め精度の
向上が図れるようにしたものである。

（従来の技術） 一般にロボットの関節構造は例えば第３図に示すように
なっている。すなわち、アクチュエータとしてのモータ
１と、モータ軸１ａの回転角を検出する角度センサ２と
、モータ軸１ａに連結した減速機等のトルク伝達機構３
と、トルク伝達機構３にアーム軸４ａを介して連結され
るロボットアーム４とで構成されている。

そして、前記したロボットアーム４の制御は第４図に示
した制御装置で行われる。この制御装置では、角度セン
サ２によりモータ軸１ａのモータ回転角θｍ　（以後、
モータ角θｍ）を検出してフィードバックし、目標モー
タ角θｍｒとの差が零になるように制御部５でＰＩＤ（
比例、積分、微分）制御を行う。この場合、目標モータ
角θ紅はロボットアーム４の目標回転角θｅｒ（以後、
目標アーム角θｅｒ）とな”っている。そして、このよ
うな制御に基づいてモータ１に駆動信号が出力され、ト
ルク伝達機構３、アーム軸４ａを介してロボットアーム
４を動作させている。

しかしながら、前記した従来のロボットは、減速機等の
トルク伝達機構３が一般にギヤのバックラッシュの存在
等により低剛性であることが多い。

このため、モータ軸１ａを第４図で示した制御装置で正
確に制御しようとしてもロボットアーム４にねじれ角 θ′も　＝θｍ−〇〇 が生じる。θｅはロボットアーム４の回転角θｅ（以下
、アーム角θｅ）。

このため、ロボットアーム４の先端に振動が発生し、位
置決め時間の増大や、位置決め精度の劣化を招いていた
（第５図参照）。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の装置では、アーム角を正確に制御
しようとしても、関節の低剛性により、ロボットアーム
先端に振動が発生し、位置決め時間の増大、位置決め精
度の劣化を招いていた。

そこでこの発明はアーム先端に発生する振動を抑制する
ことができるロボットの制御装置を提供しようとするも
のである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するためにこの発明は、トルク伝達
機構を介してロボットアームを駆動するアクチュエータ
の回転角を検出する角度センサと、この角度センサで検
出したアクチュエータ回転角を目標アクチュエータ回転
角にするようｕＪｔｉｌｌする制御部と、前記アクチュ
エータからロボットアームへの動特性モデルを同定する
動特性モデル同定部と、この動特性モデル同定部で得ら
れた同定モデルに基づいてロボットアームの目標アーム
回転角を目標アクチュエータ回転角に変換する目標値変
換補償器とを具備したことを特徴とする。

（作用） 本発明の制御装置によれば、動特性モデル同定部で得ら
れた同定モデルに基づいて目標値変換補償器は、目標ア
ーム角を目標アクチュエータ角に変換しその値を制御系
の目標値とするので、ロボットアーム先端の振動が抑制
される。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を説明する。尚、従来技術と
同一部分には同−符丹を付し重複する説明は省略する。

第１図は制御装置を図すブロック図である。この図に示
すように、前記した構成から成るロボットアーム４（第
３図参照）を制御する制御装置は、角度センサ２により
モータ角θｍを検出してフィードバックし、目標モータ
角θＩｒとの差が零になるように制御部５でＰＩＤｉｌ
Ｊ御を行い、その制御情報に基づいてモータ１に駆動信
号を出力し、ロボットアーム４を動作させている。

この際、目標モータ角θｌｒは、所望の目標アーム角θ
ｅｒを動特性（トルク伝達機構３の低剛性など）を考慮
した目標値変換補償ＰＪ６に入力することにより得るこ
とができる。

目標値変換補償器６で用いられる同定モデルは、切換え
スイッチ７でＯＮ、ＯＦＦ可能な動特性モデル同定部８
によって得られる。ここで、動特性モデル同定部８の機
能について説明する。先ず、アーム角θｅを実測するた
め、アーム４に外界センサ（加速度センサ、非接触変位
センサ、３次元座標測定機等から選択する）を取付ける
。そして、ロボットアーム４を適当に動作させた時のア
ーム角θｅ及びモータ角θｍ（角度センサ２の値）の測
定情報を入力し、アーム角θｅ→モータ角θｍの動特性
同定モデルとしての伝達関数を、周波数応答法１時系列
解析法等により求める。

前記したロボットアーム４（第３図参照）では、アーム
角θｅ→モータ角θ■の伝達関数Ｇ（Ｓ）ここで、 Ｍｅはアーム慣性モーメント Ｄｅはアーム軸粘性摩擦係数 ＫＧはトルク伝達機構３（減速機）のばね定数ＤＧはト
ルク伝達機構３（減速機）のねじれ粘性摩擦係数 Ｎは減速比（≧１） Ｓはラプラス演算子 である。

このようにして、動特性モデル同定部８で求められた伝
達関数Ｇ（Ｓ）は同定情報として目標値変換補償器６で
用いられる。

ところで、前記したロボットの場合、アーム姿勢や把握
物の大小により、（１）式のＭｅ　　（アーム慣性モー
メント）が動作中変化するので、目標値変換補償器６の
８２の係数をリアルタイムで更新する機能を持たせる。

例えば、第３図に示したロボットアーム４にもう１つア
ームが連結された２ｆ！１節ロボットの場合、第２関節
のアーム角をθｅ２、モータ角をθ１２とすれば、第１
関節回りの慣性モーメントＭｅ’は次式で表わされる。

Ｍｅ　’　＝Ｍｅ−ＭＳｉｎθｅ２ ４Ｍｅ−Ｍｓｉｎθｍ２　　　　　　・・・（２）（°
、・Ｓ１ｎθ１３２”＝ｓｉｎθ１２）ここで、Ｍｅは
第１．２関部をまとめた慣性モーメント、Ｍは第２関節
回りの慣性モーメントである。

このように、（２）式で求められた慣性モーメントＭｅ
’を、（０式のアーム慣性モーメントＭｅに置き変えれ
ば、リアルタイムでアーム姿勢の変化に対応した目ＩＦ
ｌｉ値変換が可能となる。

把握物体の大小に対応した目標値変換を行なうには把握
物体を把握するタイミングで、ｆｙｊｅ　←ｐＪ（ｅ＋
ΔＭ　ｅ　　　　　　　　　　・（３）（ただし、八Ｍ
ｅは変動分で予め」す定する）のように、Ｍｅを更新す
れば良い。

また、ロボットアーム４の経年変化、アーム軸結性ｒ！
Ｊ擦係数Ｄｅ１トルク伝達機構のばね定数、トルク伝達
様構のねじれ粘性摩擦係数等の動特性が変化してもそれ
に応答して、動特性モデル同定部８で同定され目標値変
換補償器６で用いられる同定モデルを更新すれば常に良
好に制御を行うことができる。

第２図はこの実施例による時間応答を示すグラフであり
、第５図と比較すれば明らかなようにアーム角θｅが目
標アーム角θｅｒに振動な（追従する良好なｔｌＪｍを
行うことができる。

［発明の効果］ 以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明の
制御装置によれば、動特性モデル同定部で得られた同定
モデルに基づいて目標値変換補償器は、目標アーム角を
目標モータ角に変換し、その値を制御系の目標値とする
ので、アーム先端の振動が抑制される。よって、ロボッ
トアームの位置決め時間の短縮と位置決め精度の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る制御装置を示すブロック図、第２
図は同制御装置による時間応答を示すグラフ、第３図は
ロボットの関節構造を示す構成図、第４図は従来の制御
装置を示すブロック図、第５図は同制御装置による時間
応答を示すグラフである。 １・・・モータ ２・・・角度センサ ３・・・トルク伝達機Ｉ（減速機〉 ４・・・アーム ５・・・制御部 ６・・・目標値変換補償器 ８・・・動特性モデル同定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　トルク伝達機構を介してロボットアームを駆動するア
   クチュエータの回転角を検出する角度センサと、この角
   度センサで検出したアクチュエータ回転角を目標アクチ
   ュエータ回転角にするよう制御する制御部と、前記アク
   チュエータからロボットアームへの動特性モデルを同定
   する動特性モデル同定部と、この動特性モデル同定部で
   得られた同定モデルに基づいてロボットアームの目標ア
   ーム回転角を目標アクチュエータ回転角に変換する目標
   値変換補償器とを具備したことを特徴とするロボットの
   制御装置。