JPH0276690A - Robot arm track control method - Google Patents
Robot arm track control methodInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はロボットアームにおいて、特に指定した目標軌
道に高速応答させ、しかも誤差なく追従させるための制
御方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a control method for causing a robot arm to respond to a specified target trajectory at high speed and follow it without error.
[従来の技術]
従来のロボットアームの制+Ii b針法は数学モデル
の線形化の考え方に基づいていることが多く、非線形力
である重力、遠心力とコリオリカなどはフィードフォー
ワード制御によって補償されていた。これらの力はロボ
ットアームの物理パラメータとこれに加える負荷に依存
しているので、物理パラメータや負荷を予め正確に知ら
なければ、フィードフォーワード補償は適用できなかっ
た。また、負荷が変化した場合、当初の制御性能を維持
するためには制御則も変えねばならないので、産業用ロ
ボットのように負荷が変動する作業内容を想定した時に
は実用的な制御とは言えなかった。[Prior art] Conventional robot arm control + Ii b needle methods are often based on the idea of linearization of mathematical models, and nonlinear forces such as gravity, centrifugal force, and Coriolis are compensated for by feedforward control. was. Since these forces depend on the physical parameters of the robot arm and the load applied to it, feedforward compensation could not be applied unless the physical parameters and load were accurately known in advance. In addition, if the load changes, the control law must also be changed in order to maintain the original control performance, so this is not a practical control when assuming work contents such as industrial robots where the load fluctuates. Ta.
また通常のロボットアームでは、制御設計のための簡略
化、物性値の不確かさ、非線形特性の影響によって、得
られる数学モデルにはモデル誤差が生じるのは不可避な
ので、この非線形項をフィードフォーワードによって正
確に補償することには問題があった。In addition, in a normal robot arm, it is inevitable that model errors will occur in the resulting mathematical model due to simplification in control design, uncertainty in physical property values, and the influence of nonlinear characteristics. There were problems with accurate compensation.
[発明が解決しようとする問題点1
以上の問題点を解決するためには、本発明ではスライデ
ィングモード制御を使う。スライディングモード制御は
、システムの状態をある切り換え面に持っていき、切り
撓え面に到着したのち不連続入力によって、切り換え面
を湧りながら原点に収束させることを特徴としている。[Problem 1 to be Solved by the Invention In order to solve the above problems, the present invention uses sliding mode control. Sliding mode control is characterized by bringing the state of the system to a certain switching plane, and after reaching the bending plane, using discontinuous inputs, the switching plane springs up and converges to the origin.
この場合、システムの挙動は切り撓え面に拘束され、切
り換え而の特性だけで一意に決まる。この切り換え面の
特性はプラントの物理パラメータや外乱とは無関係なの
で、制御性能はそれらに対してロバスト性がある。すな
わち、制御を掛けるためにロボットアームの物理パラメ
ータやそれに加える負荷を予め知っておく必要はないの
である。また、制御性能もロボットアームの物理パラメ
ータの変動や外乱の存在とは無関係なのである。In this case, the behavior of the system is constrained by the switching surface and is uniquely determined only by the characteristics of the switching surface. Since the characteristics of this switching surface are independent of the physical parameters of the plant and disturbances, the control performance is robust to them. In other words, there is no need to know in advance the physical parameters of the robot arm or the load to be applied to it in order to perform control. Furthermore, control performance is also independent of variations in the physical parameters of the robot arm and the presence of disturbances.
ロボットアームの運動方程式はよく知られているように
、各リンク間の角度ベクトル9をθ=[θ1.θ2.・
・・、θ、、]■と置くと
M (θ) i!l+B (θJ)+D /j+G
(θ)=u+肖
・・・(1)
と表わされる。ここで、各記号の意味は以下の通りであ
る。As is well known, the equation of motion of the robot arm is that the angle vector 9 between each link is defined as θ=[θ1. θ2.・
..., θ,,]■, then M (θ) i! l+B (θJ)+D /j+G
It is expressed as (θ)=u+portrait (1). Here, the meaning of each symbol is as follows.
M(θ):姿勢θによって決まる慣性行列で、止定対称
行列である。M(θ): An inertia matrix determined by the attitude θ, and is a fixed symmetric matrix.
B (a、tj) :遠心力とコリオリカ項りゆ二粘性
摩擦力項
D = d l a g (D + 、D 2+””
+ D n ) :粘性摩擦係数G(θ):重力項
U:各リンク間の入力トルク
W:例えば、静止摩擦などの外乱を表わす注意すべきこ
とは、一般のロボットアームの慣性行列の客要素は物理
パラメータであるリンク長重心位置、質量、重心位置に
関する慣性モーメントとリンク角度のsin、cos(
Iiの加算と減算とかけ算で組合されたものであるので
、上・下有界性を有することである。他の項である遠心
力・コリオリカと重力の係数も同様に上・下有界である
。B (a, tj): Centrifugal force and Coriolis term, two viscous friction force terms D = d l a g (D + , D 2+")
+ D n ): Viscous friction coefficient G (θ): Gravity term U: Input torque W between each link: For example, represents disturbance such as static friction. What should be noted is that the customer element of the inertia matrix of a general robot arm are the physical parameters link length, center of gravity position, mass, moment of inertia regarding the center of gravity position, and link angle sin, cos(
Since it is a combination of addition, subtraction, and multiplication of Ii, it has upper and lower boundedness. The other terms, centrifugal force, Coriolis, and gravitational coefficients, are also upper and lower bounded.
以下、(1)式の運動方程式に基づいて本発明の制御則
を導出する。Hereinafter, the control law of the present invention will be derived based on the equation of motion of equation (1).
目標軌道、目標追従速度をそれぞれ/j a 、II
a と記す。すると、角度誤差e(t)、角速度誤差も
(t)はそれぞれ
e(t)=θ(1)−θa(をン・・・(2)心 (
t ) : ゆ (1) −〇 、+ (1
) ・・・ (3)となる。ま
た、n +IIの切り換え而s、=O(i=1、・・・
、n)をまとめて次式のベクトル で書く。The target trajectory and target tracking speed are /j a and II, respectively.
It is written as a. Then, the angular error e(t) and the angular velocity error (t) are respectively e(t) = θ(1) - θa(...(2) center (
t): Yu (1) −〇, + (1
) ... (3). Also, the switching of n +II and s, = O(i = 1, . . .
, n) are collectively written as a vector in the following equation.
S=[S++ S2+・・・+s、]Tただし、Slは
S、=c、e、+4..a、>0
と定義する。よって、
s = Ce + b = (4a
)C= d i ag (CI、C2,・、C,) =
・・(4b )となる。S=[S++ S2+...+s,]T However, Sl is S, =c, e, +4. .. Define a,>0. Therefore, s = Ce + b = (4a
) C= d i ag (CI, C2, ·, C,) =
...(4b).
システムの状態を任意の初期状態から切り換え面へ収束
させるために、リャプノフ関数をV (t)= (1/
2)s’M (#)s −(5)と選ぶ。このとき、V
(t ) < O(s≠0)を満足させれば、t→■
でV(t)→0となりシステムの状態の収束性が保証さ
れる。ただし、上けき記号°゛・′は時間微分を意味し
ている。従って、V(t)は
V (t ) = (1/ 2)s’M(61)s +
s”M(a)A=(1/2)S’M(IJ)s+s
TM(θ)(Ct4+り= (1/ 2 )s’
M(θ )s+s’[M(θ )C6+M(θ) l
j−M (/7) #v]・・・ (6)
となり、(1)式から分るように
M(θ)/J=u+w−B(θ、θ)
−Dυ−G(θ) ・・・(7)と書け、これを
(6)式に代入すると、X:、/(t)は
v (t)=(1/2)s’M(θ)S+ s”[M
(θ )C!+u+w−M(θ> IJ 、、+
B< θ、ハ)−D θ−G (θ)〕・・・ (
8)
になる。(8)式において、もし、括弧[]内をM(θ
) C6+ LJ+W−M (θ)b。In order to converge the state of the system from an arbitrary initial state to the switching surface, we use the Lyapunov function V (t) = (1/
2) Choose s'M (#)s - (5). At this time, V
If (t) < O (s≠0) is satisfied, t→■
Then, V(t)→0, and the convergence of the system state is guaranteed. However, the upper-key symbol °゛・′ means time differentiation. Therefore, V(t) is V(t) = (1/2)s'M(61)s +
s''M(a)A=(1/2)S'M(IJ)s+s
TM(θ)(Ct4+ri=(1/2)s'
M(θ)s+s'[M(θ)C6+M(θ)l
j−M (/7) #v]... (6) As can be seen from equation (1), M(θ)/J=u+w−B(θ, θ) −Dυ−G(θ) ・...Write (7) and substitute this into equation (6).
(θ)C! +u+w−M(θ>IJ ,,+
B< θ, C)-D θ-G (θ)]... (
8) Become. In equation (8), if M(θ
) C6+ LJ+WM (θ)b.
−B (G、d)−Dθ−G(θ)=−P(t)s・・
・ (9)
P (t)=diag [P:(t)]とすることがで
きれば、9(t)は
?(t)=(1/2)s”ro’!(θ)s −s’P
(t )s・・・ (10)
となり、p:(t)を
p:(t)>ΣJI Mt)/2 1 +に、
−(11)k 、> O:任意の正定数
ととるとき、(10)式から次式が帰られる。-B (G, d)-Dθ-G(θ)=-P(t)s...
・(9) If P (t)=diag [P:(t)], what is 9(t)? (t)=(1/2)s"ro'!(θ)s -s'P
(t)s... (10) Then, p:(t) becomes p:(t)>ΣJI Mt)/2 1 +,
−(11)k,>O: When taken as an arbitrary positive constant, the following equation is returned from equation (10).
V (t ) =−s’d i ag (LC+) S
・・・(12)
ゲシュゴリンの定理より、(12)式の右辺第2項は負
定になる。従って、
V(t)<−sTdiag(k、ン5−−−(L3)と
おけ、v(t)は負定になりシステムの状態が切り換え
面上に収束することは保証される。また切り換え面上S
=Oに到達したときは(4)式で示したように、a、>
0.i=1〜nととって安定に設定したので原点への収
束も保証でき、よってシステム全体の安定性も保証でき
る。以下では(9)と(11)式を満足させるような制
御則Uを求める。V (t) = -s'd i ag (LC+) S
...(12) According to Geshgorin's theorem, the second term on the right side of equation (12) is negative definite. Therefore, by setting V(t)<-sTdiag(k, n5---(L3)), v(t) becomes negative definite, and it is guaranteed that the state of the system converges on the switching surface. S on the face
When =O is reached, as shown in equation (4), a, >
0. Since i=1 to n is set to be stable, convergence to the origin can be guaranteed, and thus the stability of the entire system can also be guaranteed. In the following, a control law U that satisfies equations (9) and (11) is determined.
さて、物理パラメータ M 、B 、D 、Gの真値を
(14)式のようにそれぞれの公称値と、それからの変
動分で表す。Now, the true values of the physical parameters M , B , D , and G are expressed by their respective nominal values and variations therefrom, as shown in equation (14).
M(θ)=M”(θ)+ 7M(θ)
B(C1)=B”(θ、θ)+ ΔB(θJ)D=D”
+ΔD ・・・(14)G (θ)
=G”(θ)’ + A G (θ)但し、A6は
Aの公称値を表し、AAは公称値からの変動分である。M(θ)=M"(θ)+7M(θ) B(C1)=B"(θ, θ)+ΔB(θJ)D=D"
+ΔD...(14)G (θ)
=G''(θ)' + A G (θ) However, A6 represents the nominal value of A, and AA is the variation from the nominal value.
次に、その上限値を“°″付きの英字で表す。すなわち
、
lJM151 ≦θす
1 Δ B、l ≦0゜
l A D 11 ≦0.
・・・ (15)l A G、l ≦C1
とする。 入力を二つに分けて
Uwa+ΔU ・・・(16)とする。Next, the upper limit value is represented by an alphabetic character with "°". That is, lJM151 ≦θs1 Δ B, l ≦0゜l A D 11 ≦0.
... (15) l A G, l ≦C1. The input is divided into two parts and set as Uwa+ΔU (16).
但し、0は
C1= B” (θJ)+D” θ十G” (θ)−
M(θ〉0合 ・・・(17)と定義する
。よって、(1を求めることは、I!luを求めること
に相当することになる。(9)式に(14)、(16)
、(17)式を代入して、Uの1番目の要素を取り出し
て(18〉式を得る。However, 0 is C1=B” (θJ)+D” θ0G” (θ)−
Define M(θ〉0 case...(17). Therefore, finding (1) is equivalent to finding I!lu. In equation (9), (14), (16)
, (17) and take out the first element of U to obtain equation (18).
Au、+wニーM:(θ)a、−dB:(θ、々)−I
ID、θ、−74G、(θ)+#M、C,4= −p
:(t)S、 ・・・(18)S、≠
0の時、(18)式の両辺を−8,で削ると
−[du、+w、−M、(θ)、a、−7B 、 (θ
、υ)−iJ D lり、−,6G、(θ)+ A
M、C合]/S1= p 1(t)
・・・ (19)が得ら
れる。(11)式の条件より
−[d u 、+w、−M、(θ)#d−ABI(θ、
υ)−aD、liニーaaAe> +aM、cal/s
。Au, +w knee M: (θ)a, -dB: (θ, etc.) -I
ID, θ, -74G, (θ) + #M, C, 4 = -p
:(t)S, ...(18)S,≠
0, if both sides of equation (18) are removed by -8, -[du, +w, -M, (θ), a, -7B, (θ
, υ) −iJ D 1, −, 6G, (θ) + A
M, C combination]/S1= p 1(t)
...(19) is obtained. From the condition of equation (11), −[d u , +w, −M, (θ) #d−ABI(θ,
υ) −aD, li nee aaAe> +aM, cal/s
.
≧Σ1 M、/2 1 + k 、 ・・
・ (20)が成り立つ。これを整理すると
[tu、十に1S1]/S1
≦[−w、+M1(θ)a、+aB、(θ、θ)+−I
D 、θ、−111M1c!]−1−zlG+(θ)
]/S、Σ・l M Ip/ 2 1
・・・ (21)となる。ここで、外乱
W1と目標角加速度θ、は一般性を失うことなく有界と
仮定できる。θ4が有界慣性行列M(θ)も上に有界で
あるので、M。≧Σ1 M, /2 1 + k, ・・
・(20) holds true. To rearrange this, [tu, 1S1 in ten]/S1 ≦ [-w, +M1(θ)a, +aB, (θ, θ)+-I
D, θ, −111M1c! ]-1-zlG+(θ)
]/S, Σ・l M Ip/ 2 1
...(21). Here, the disturbance W1 and the target angular acceleration θ can be assumed to be bounded without loss of generality. Since θ4 is bounded inertia matrix M(θ) is also bounded above, M.
(θ)θ、も有界となる。そこで、Wl と M、(θ
)i、の上界をそれぞれ ・シン、と Qlと記すこと
にする。すなわち、
IW口≦會
1M1(θ) lJ、I≦9. ・・・(2
2)I Mシフ1 ≦F>1+)
である。 ここで、M、(8)は M(θ)の第1行ベ
クトルである。(21)式の不等式が常に成立つために
、(21)式左辺が開式右辺の上限のマイナス値を取る
ように1!luIを下式のように決める。(θ)θ is also bounded. Therefore, Wl and M, (θ
)i, are written as ・sin and Ql, respectively. That is, IW口≦Kai1M1(θ) lJ, I≦9. ...(2
2) I M Schif1 ≦F>1+). Here, M, (8) is the first row vector of M(θ). Since the inequality in equation (21) always holds true, the left side of equation (21) takes a negative value of the upper limit of the right side of the open equation! Determine luI as shown below.
[/3u:+に1sl/s、
= −[V/、+ 9:+ B: (θ、θ)十G1(
θ)+ΣJ(MC)+)I白11+ Dll 0.1
] / l s 、1・−ΣJM 14/ 2
・・・(23)
すなわち、l s l sgn (s) =sの関係式
を使って、7!lu、を
A u 、= −k 、s 、−Σ4 M 11 /
2 S ニーS g n (S 1)[@、+ ウ、
+@、< θ、 b > + t−l< θ)+Σ
、(Mc)、Jl 合、l+D、l θ11 ]・
・・(24)
と取れば、(11)式の不等式は常に成り立つ。[/3u: +1 sl/s, = -[V/, + 9: + B: (θ, θ) 10 G1 (
θ)+ΣJ(MC)+)I White 11+ Dll 0.1
] / l s , 1・-ΣJM 14/2
...(23) That is, using the relational expression l s l sgn (s) = s, 7! lu, A u , = −k , s , −Σ4 M 11 /
2 S knee S g n (S 1) [@, + U,
+@, < θ, b > + t-l < θ) + Σ
, (Mc), Jl combination, l+D, l θ11 ]・
...(24) If we take this, the inequality in equation (11) always holds true.
ただし、(rG’1c)11はIQcのi行j列目の要
素を表す。よって、リアブノフの安定性理論よりシステ
ムの安定性は保証される。このとき、(24)式、(1
6)式、(17)式により、本発明の制御則u1は最終
的に
u、=B”、(θ、θ)+D’、θ + G”、C&)
−Mlo (θ) C@k : S I−2w I
VI ; J/ 2 s ニーsgn (Sl)[
の1十つ、+9:<θ、θ)十G、(θ)+Σ・(簡C
)ld 合11 +亡・11 θ、1]・・・ (2
5)
となる。すなわち、(25)式の制御則は遠心力とコリ
オリ力の公称値B°、(θ、θ)、粘性摩擦力の公称値
D0.θ、
重力の公称jmG”、<θ)、
慣性行列の公称値に切り替え面の係数と角速度誤差を乗
じた一Mど (θ)CΦ、
任意の正定数と切り替え面の状態の積−に、s、、慣性
項1行要素の各上界値の加算値の半分の量と切り替え面
の状態の積−Σ4r’A L)/ 2 s 。However, (rG'1c)11 represents the element in the i-th row and j-th column of IQc. Therefore, the stability of the system is guaranteed according to Lyabunov's stability theory. At this time, equation (24), (1
According to equations 6) and (17), the control law u1 of the present invention is finally u, = B'', (θ, θ) + D', θ + G'', C&)
-Mlo (θ) C@k: S I-2w I
VI; J/2s knee sgn (Sl) [
10, +9: < θ, θ) 10 G, (θ) + Σ・(Simplified C
)ld combination 11 + death・11 θ, 1]... (2
5) It becomes. That is, the control law of equation (25) is based on the nominal values B°, (θ, θ) of centrifugal force and Coriolis force, and the nominal value D0. θ, the nominal value of gravity jmG”, <θ), 1M which is the nominal value of the inertia matrix multiplied by the coefficient of the switching surface and the angular velocity error (θ)CΦ, the product of any positive constant and the state of the switching surface. s,, the product of half the sum of each upper bound value of the inertia term 1-row element and the state of the switching surface - Σ4r'A L)/2 s.
それぞれの加算値と、
外乱の上界値 の1、
慣性行列と目標角加速度の積の上界値91、遠心力とコ
リオリ力の上界値色、(θ、J)、重力の上界値C,(
θ)、
慣性行列の上界値に切り替え面の係数と角速度誤差の絶
対値を乗じたΣ、Ml;IIC) 、+ e:l、およ
び粘性摩擦係数の上界(a [) 、に角速度の絶対値
Iθ11を乗じた粘性摩擦力の上界f直fi、l J、
1、それぞれの加算1直が切り替え面の符号によって正
負に切り替わる量
との和で構成されているのである。この制御則をロボッ
トアームに適用したときの構成は第1図になる。同図に
おいて、測定できるロボットアームの状態量は関節角度
θと関節の角速度49である。Each addition value, the upper limit of disturbance 1, the upper limit of the product of inertia matrix and target angular acceleration 91, the upper limit color of centrifugal force and Coriolis force, (θ, J), the upper limit of gravity C, (
θ), the upper bound of the inertia matrix multiplied by the coefficient of the switching surface and the absolute value of the angular velocity error, Σ, Ml; IIC), + e:l, and the upper bound of the viscous friction coefficient (a[), of the angular velocity The upper bound of the viscous friction force multiplied by the absolute value Iθ11 f directfi, l J,
1. Each addition is made up of the sum of amounts that are switched between positive and negative depending on the sign of the switching surface. The configuration when this control law is applied to a robot arm is shown in Figure 1. In the figure, the state quantities of the robot arm that can be measured are the joint angle θ and the joint angular velocity 49.
これらの測定から、(2)、(3)式で表された誤差を
それぞれ計算する。しかるj麦に、(25ン式で表現し
たように、物理パラメータの公称値を使った演算を実時
間で行ない補償を掛ける。また同時に、現在のロボット
アームの状態は(4)式で定義した切り替え変数で監視
されており、この切り替え変数の符号によって、各上界
値の加算量を正負に切り換えて全体の制御が完了してい
る。From these measurements, the errors expressed by equations (2) and (3) are calculated, respectively. However, as expressed in equation (25), compensation is applied by performing calculations using the nominal values of physical parameters in real time.At the same time, the current state of the robot arm is defined by equation (4). It is monitored by a switching variable, and the overall control is completed by switching the addition amount of each upper limit value to positive or negative depending on the sign of this switching variable.
さて、(25)式の制御ff1jは正確な物理パラメー
タを使わなくても良い制御ができることを示しているが
、このままの形で適用した場合、もしロボットアームの
数学モデル化において、省略した高周波数ダイナミクス
が存在する場合には、これを刺激して機械共振など好ま
しくない応答を引き起こす恐れがある。そこで、高周波
ダイナミクスを有し、しかもそれがロボットアームの数
学モデルに含まれない場合に対して有効な制m ufr
を以下に求める。Now, the control ff1j in equation (25) shows that control can be achieved without using accurate physical parameters, but if applied as is, if the omitted high frequency Dynamics, if present, can be stimulated and cause undesirable responses such as mechanical resonance. Therefore, an effective control method for the case where high-frequency dynamics is present and is not included in the mathematical model of the robot arm.
is found below.
(15)式から分かるように、入力は不連続となるが、
その原因は符号関数sgn(s)を使っているためであ
る。システムの状態が切り換え而s 、= Oの近くに
入ると、sgn(s+)によって入力は不連続になり、
激しく変動する。実際に多リンクアーム系に通用する時
には、システムの中にモデル化されていない高周波数ダ
イナミクス部分、すなわち機械共振などを励振してしま
い発振の原因になりつると思われる。そこで、入力を連
続とし、機械共振などの望ましくない応答を避けるため
に、sgn (s)の代りに連続な飽和間数sat (
s/ε)を用いることもできる。すなわち、(25)式
のsgn(s)の代わりに5at(s/ε)を用いて、
人力u5を
u 、= B 、″ (θ、θ)+Dどθ、十G1°
(θ)−M、。 (θ) Ch k : s 1
−ΣJ+VI L4/ 2 S l−5at(S、/6
1)[gV、+Ql+Ell(θ、θ)十〇、(θ)+
Σパ閂C)L、(1+4Il + D+I力ロ]・・・
(26)
とするのである。この制御則を実行する時の制御系構成
は第1図と同様である。(25)式の場合各上界値の加
算量を切り換える関数は符号関数であったが、(26)
式では単にそれが飽和関数となるだけである。さて、s
gn(s:)と 5at(S、/εl)関数の特性は第
2図と第3図に示している。両図から分かるように、i
s、l>ε、の時、sat (sI/ε:)=sgn
(s:) であるから、(26)式の入力は(25)
式のものと一致する。よって、ls:l>61の時の切
り撓え面方向への収束は保証される。 しかし、Is、
l<61の・時は5at(s:/ε1)≠sgn(s:
)なので、収束性は保証されなく、切り撓え面で反発す
る可能性がある。a1合的にみると第4図に示すような
システム状態の薄い層1s11≦61への収束だけが保
証される。この場合、入力は連続になるが、欠点として
誤差も生ずる。この誤差は以下のように見積られる。As can be seen from equation (15), the input is discontinuous, but
The reason for this is that the sign function sgn(s) is used. When the state of the system switches and enters near s, = O, the input becomes discontinuous due to sgn(s+),
It fluctuates wildly. When it is actually applied to a multi-link arm system, it is thought that it will excite high-frequency dynamics parts that are not modeled in the system, such as mechanical resonance, which may cause oscillation. Therefore, in order to make the input continuous and avoid undesirable responses such as mechanical resonance, the continuous saturation interval number sat (
s/ε) can also be used. That is, using 5at(s/ε) instead of sgn(s) in equation (25),
Human power u5 is u, = B, ″ (θ, θ) + D θ, 10G1°
(θ)−M,. (θ) Ch k : s 1
-ΣJ+VI L4/ 2 S l-5at(S, /6
1) [gV, +Ql+Ell(θ, θ) 10, (θ)+
ΣPacking C) L, (1+4Il + D+I force Lo]...
(26). The control system configuration when executing this control law is the same as that shown in FIG. In the case of equation (25), the function that switches the amount of addition of each upper bound value was a sign function, but (26)
In the formula, it is simply a saturation function. Now, s
The characteristics of the gn(s:) and 5at(S,/εl) functions are shown in FIGS. 2 and 3. As can be seen from both figures, i
When s, l>ε, sat (sI/ε:)=sgn
(s:) Therefore, the input of equation (26) is (25)
Matches that of Eq. Therefore, convergence in the direction of the cutting plane when ls:l>61 is guaranteed. However, Is,
When l<61, 5at(s:/ε1)≠sgn(s:
), convergence is not guaranteed, and there is a possibility of repulsion on the bending surface. a1 Overall, only the convergence of the system state to a thin layer 1s11≦61 as shown in FIG. 4 is guaranteed. In this case, the input is continuous, but the drawback is that errors also occur. This error is estimated as follows.
まず、システムの状態が薄い層1s、I≦81に入って
いると仮定する。すなわち、
si=ξ(t)、(ls(t)1≦εI)とすると、(
4)式により
S 1” CHe ++ 61=ξ(t) ・ (
27)よって、1=0のとき、初期値が目標軌道上e(
0)=0にあるとすると、(27〉式の解は6、=、r
’Hξ(r ) e x p (−c 1(t −r
)) d rとなる。よって、
Ie、li/:ξ(r)e x p (−c +(t
−r))d τ1≦ /:1ξ(r)I exp(7c
:(t−r))aτ≦ 犬ε1e x p (−c :
(を−τ))dτ≦ε+/CI(1−exp(−c:t
))≦ε1/C1・・・(28)
と展開できる。すなわち、誤差をε、/c1以内に抑え
ることができる。従って、cl を大きくとれば目標値
への収束は速くなり、しかも誤差を小さくすることがで
きる。B1を大きく取ると、人力は一層なめらかになる
が、誤差は大きくなってしまう。よって、(26)式の
制御則を実際に使うときには、収束速度と誤差間のトレ
ードオフを考慮する必要がある。First, it is assumed that the state of the system is in the thin layer 1s, I≦81. That is, if si=ξ(t), (ls(t)1≦εI), then (
4) According to the formula, S 1” CHe ++ 61=ξ(t) ・ (
27) Therefore, when 1=0, the initial value is e(
0) = 0, the solution to equation (27) is 6, =, r
'Hξ(r) e x p (-c 1(t-r
)) d r. Therefore, Ie, li/: ξ (r) e x p (-c + (t
−r))d τ1≦ /:1ξ(r)I exp(7c
:(t-r)) aτ≦ dog ε1e x p (-c:
(-τ))dτ≦ε+/CI(1-exp(-c:t
))≦ε1/C1...(28) It can be expanded as follows. That is, the error can be suppressed to within ε,/c1. Therefore, if cl is set large, the convergence to the target value becomes faster and the error can be reduced. If B1 is made large, the human power becomes smoother, but the error becomes larger. Therefore, when actually using the control law of equation (26), it is necessary to consider the trade-off between convergence speed and error.
[作用]
本発明の制fJ1則は(25)式とく26)式で示した
ように数式で表現しているため、その作用を厳密に説明
することは難しいが、簡単に本発明の制御則の作用を説
明すると以下のようになる。すなわち、ロボットアーム
の物理パラメータの概略の値、すなわち公称値を使用し
て荒い制御をまず掛けておくのである。この概略値は真
値とは異なっているのでこのままのtell fHでは
、とても目標軌道に追従させることはできない。そこで
物理パラメータの真値を公称値とそれからの変動分の上
界値で表わした時、先の制御によって目標軌道に追従し
きれなかった部分を、物理パラメータの公称値からの変
動分の上界値を与え、これを制御に使mして補正を掛け
ているのである。[Operation] Since the control fJ1 law of the present invention is expressed by mathematical formulas as shown in equations (25) and 26), it is difficult to explain its operation strictly, but the control law of the present invention can be easily explained. The effect of this is explained as follows. That is, rough control is first applied using rough values, ie, nominal values, of the physical parameters of the robot arm. Since this approximate value is different from the true value, it is difficult to follow the target trajectory with the current tell fH. Therefore, when the true value of a physical parameter is expressed as the nominal value and the upper bound value of the variation from the nominal value, the part that could not follow the target trajectory due to the previous control is expressed as the upper bound of the variation from the nominal value of the physical parameter. A value is given and used for control and correction.
[実施例]
第5図のような2リンクアームに対して本発明の制御則
を適用した結果を示す。この2リンクアームの運動方程
式は、(1)式で示したようにM (θ)#+B Ce
、lI)+DJ+G (/?)= U 十 冑
と表され、物理パラメータ M、G、B は次式とな
る。[Example] The results of applying the control law of the present invention to a two-link arm as shown in FIG. 5 will be shown. The equation of motion of this two-link arm is M (θ)#+B Ce as shown in equation (1).
, lI) + DJ + G (/?) = U 10, and the physical parameters M, G, and B are as follows.
M 11= J ) + J 2 + m 1.r 2
2+ m 2 (r2’ + 112)+2 m21
、r2c o sθ2
M、2=M2.= m2r2”+ J2+ m21 、
r2c o sθ2M 22 = m 2 r 22+
J 2B+(61,θ)=−2m21.r2sinθ
2# +72−m21 、r2s i nθ2θ22B
2(θ、θ)= m21 、r2S i nθ2沙、2
G、(θ)= (m、r、+m21t)gcO5θ。M11=J)+J2+m1. r2
2+ m2 (r2' + 112)+2 m21
, r2c o sθ2 M, 2=M2. = m2r2”+ J2+ m21,
r2c o sθ2M 22 = m 2 r 22+
J 2B+(61,θ)=-2m21. r2 sin θ
2# +72-m21, r2s inθ2θ22B
2(θ, θ) = m21, r2S i nθ2sha, 2
G, (θ) = (m, r, +m21t)gcO5θ.
+m2r2gcos(θ1+θ2)
G、(θ)=m2r、gcos (θ1十02)ただ
し、ml、m2: リンク1,2のjtfltJ、、
J2: リンク1.2の重心位置に関する慣性モーメ
ント
1、.12: リンク1,2のリンク長r In
r 2: リンク1.2の重心位置g;重力加速度
である。ここで、(25)式の公称faB”(θ、θ)
t M@(θ)Ceを
B’ (θ、θ)=O
M” (θ)C合=0
と置くことにする。すなわち、公称値を零と置いて、生
ずる誤差をすべて変動の中に含めてしまうのである。こ
の場合、El、(θ、θ) 、IAicはその項の上界
値になり
9、(θ、J)= (m、、l +r2)、、K(2I
汐、θ、I+θ22)
B2(θ、a > = < m 211 r 2) 1
111−012M+CI A’l =M++CII ”
+I +M+2C21白、l= [J、+J2+m、r
2”+m2(r2’+ 1 +”)+217121+2
”21 ++a+ell ee1+ (m2r22+
J2+m21 、r2) 11.、c 21 e2t
M2CI 白 l=M、2c、l 白、1 + 「
切22C2j 合、1= (m2r 22+ J2
+m21 +r 2)na+c 1 l e+I
十 (m、、r 22+ J 2 ン ma
:r c 2 + 6 2 1と取ればよい。+m2r2gcos (θ1+θ2) G, (θ) = m2r, gcos (θ1102) However, ml, m2: jtfltJ of links 1 and 2,,
J2: Moment of inertia 1, . about the center of gravity position of link 1.2. 12: Link length r In of links 1 and 2
r2: Center of gravity position g of link 1.2; gravitational acceleration. Here, the nominal faB''(θ, θ) of equation (25)
Let's set t M@(θ)Ce as B' (θ, θ)=O M'' (θ)C sum=0.In other words, the nominal value is set to zero, and all the errors that occur are included in the fluctuation. In this case, El, (θ, θ), IAic becomes the upper bound of that term, 9, (θ, J) = (m,, l + r2), , K(2I
Shio, θ, I + θ22) B2 (θ, a > = < m 211 r 2) 1
111-012M+CI A'l=M++CII"
+I +M+2C21 white, l= [J, +J2+m, r
2"+m2(r2'+ 1 +")+217121+2
”21 ++a+ell ee1+ (m2r22+
J2+m21, r2) 11. , c 21 e2t
M2CI White l=M, 2c, l White, 1 + "
Cut 22C2j, 1= (m2r 22+ J2
+m21 +r 2) na+c 1 l e+I
ten (m,, r 22+ J 2 n ma
: r c 2 + 6 2 1 can be taken.
D”、G” (θ)は物理パラメータの同定値を取る
。この時6(θ)、0は同定誤差を意味する。D", G" (θ) take the identified values of physical parameters. At this time, 6(θ), 0 means an identification error.
本発明の制御則を検証するために3のリンク1と4のリ
ンク2を有する第5図の2リンクアームを対象として数
値実験を行った。@値実験するときに使ったリンク長さ
、重心位置、質量、慣性モーメント、粘性摩擦係数の公
称値と同定値は下表に示す。下表のようにに、大体10
パーセントの差を取っている。In order to verify the control law of the present invention, numerical experiments were conducted using the two-link arm shown in FIG. 5, which has three links 1 and four links 2. The nominal and identified values of link length, center of gravity, mass, moment of inertia, and coefficient of viscous friction used in the experiment are shown in the table below. As shown in the table below, approximately 10
We are taking percentage differences.
表 2リンクアームの物理パラメータの真価と公称値
また、外乱としては顔大値が1である乱数関数をロボッ
トアーム側に印加している。以下では数値実験の結果を
示す。Table 2 True value and nominal value of physical parameters of link arm Also, as a disturbance, a random number function with a face maximum value of 1 is applied to the robot arm side. Below we show the results of numerical experiments.
第6図、第7図は(25)式の制御則を使って直線軌道
:
x=0.3 [m]y=0.2−
0.2t [ml (t<2sec)に追従させ
たときの入力と追従誤差である。第7図に示すように誤
差はほとんどゼロに収束するが第6図の入力は激しく変
動している。Figures 6 and 7 are linear trajectories using the control law of equation (25): x = 0.3 [m] y = 0.2-
This is the input and tracking error when tracking 0.2t [ml (t<2sec). As shown in FIG. 7, the error almost converges to zero, but the input in FIG. 6 fluctuates wildly.
第8図、第9図、第10図は制御則(26)式を使った
時の直線追従の模様であり、それぞれ直線軌道追従の様
子を示すスティック線図、入力、追従誤差である。ここ
では、c、=c、、=5.ε、=ε2±0.02とした
。−1入力は連続となっているので、機械共振などを励
振することなくなめらかに動作させることができる。し
かし、追従誤差が生じている。FIGS. 8, 9, and 10 show the pattern of linear tracking when the control law equation (26) is used, and are stick diagrams, input, and tracking errors showing the state of linear trajectory tracking, respectively. Here, c,=c,,=5. ε, = ε2±0.02. Since the −1 input is continuous, smooth operation can be achieved without exciting mechanical resonance or the like. However, a tracking error occurs.
第11図、第12図、13は円軌道:
x!0.27+0.115sin(3,14t)
[mlylI0.115+0.115cos(3,14
t) [ml(t<2sec)
すなわち、
(x−0,27)2+(y−0,115)21IO,1
152に追従させたときの模様であり、それぞれ円軌道
追従の様子を示すスティック線図、人力、追従誤差であ
る。ただし、c 、= c 2= 3 、ε1=ε2=
0゜05としている。若干の追従誤差はあるもののなめ
らかに円軌道を描いている。Figures 11, 12, and 13 are circular orbits: x! 0.27+0.115sin (3,14t)
[mlylI0.115+0.115cos(3,14
t) [ml (t<2sec) i.e. (x-0,27)2+(y-0,115)21IO,1
152, and are a stick diagram, human power, and tracking error showing the state of circular orbit tracking, respectively. However, c ,= c 2= 3 , ε1=ε2=
It is set to 0°05. Although there is some tracking error, it traces a smooth circular orbit.
数値実験の結果は本制御方法の有効性と、パラメータ変
動や外乱に対するロバスト性を示している。また、第9
図と第12図から明らかなように飽和関数を使った場合
には、入力がほとんど連続となった。従って、ロボット
アームのモデル化を省略した高周波ダイナミックス部分
を刺激して機械共振を励振することなく目標軌道に追従
させることができる。The results of numerical experiments demonstrate the effectiveness of the present control method and its robustness against parameter variations and disturbances. Also, the 9th
As is clear from the figure and FIG. 12, when the saturation function was used, the input was almost continuous. Therefore, it is possible to stimulate the high-frequency dynamics part of the robot arm whose modeling is omitted, and to make the robot arm follow the target trajectory without exciting mechanical resonance.
尚、本実施例では2リンクアームを制御対象としてその
制御性能を示したが、多リンクアームの場合でも同様の
制御性能を得ることができる。In this embodiment, the control performance was shown using a two-link arm as the control target, but the same control performance can be obtained even in the case of a multi-link arm.
さらに、ロボットアームに限らず、位置決めテーフ゛ル
、電動機などを制御対象とした機械システム全般への制
御にも本発明の制御則は適用可能である。Furthermore, the control law of the present invention is applicable not only to robot arms but also to control of general mechanical systems such as positioning tables, electric motors, etc.
[発明の効果] 本発明の効果を箇条書きにすると以下の通りである。[Effect of the invention] The effects of the present invention are summarized as follows.
(1)ロボットアームの物理パラメータ変動と外乱に対
してロバスト性がある。(1) Robust to physical parameter fluctuations and disturbances of the robot arm.
(2)制御則には慣性行列の逆行列計算を必要としない
ため、設計は非常に簡便となり、且つ制御則の実現も容
易である。他の制御設計法では慣性行列の逆行列M−1
を計算する必要があるので、制御則は複雑になる。特に
リンク数が増えると、格段に制御設計が困難になること
は容易に理解できよう。(2) Since the control law does not require inverse matrix calculation of the inertia matrix, the design is very simple and the control law is easy to implement. In other control design methods, the inverse matrix of the inertia matrix M-1
The control law becomes complicated because it is necessary to calculate In particular, it is easy to understand that control design becomes significantly more difficult as the number of links increases.
(3)応答特性を簡単に調整できる。よく調整すると入
力計算は簡単になり、計算量を大幅に減らすことができ
る。(3) Response characteristics can be easily adjusted. If well-adjusted, input calculations will become easier and the amount of calculations can be significantly reduced.
(4)計算量の減少量は、多リンク系の場合にその効果
が一層顕著となる。(4) The effect of reducing the amount of calculation becomes more significant in the case of a multi-link system.
(5)本発明の制御則は、ポイント間の位置決め制御(
Pa1nt to Pa1nt Control)にも
直接適用することができる。以下、上記項目で述べたこ
とを含めて本発明の効果を詳細に説明していく。(5) The control law of the present invention provides positioning control between points (
It can also be directly applied to Pa1nt to Pa1nt Control). Hereinafter, the effects of the present invention, including those described in the above items, will be explained in detail.
さて、軌道制御は普通、有限の時間で済むので定常特性
よりも応答の連応性が要求されている。Now, since orbit control usually only takes a finite amount of time, response coordination is required rather than steady-state characteristics.
スライディングモード制御を利用する場合には、切り換
え面≦=0への収束の速さが特に要求される。これは(
25)式の定数に1と関連しており、klが大きくとら
れると、(13)式により収束は速い。システムの状態
が切り換え面・s=0に入ったら、挙動は 白、+ c
、e 、= Oで決められ、n個の一次微分方程式で
表されているので、各リンク間の干渉が取除かれていて
、n illの独立な単リンク系のようになる。誤差を
速くゼロに収束させようとする時には単にC1を大きく
とればよい。When using sliding mode control, a speed of convergence to the switching surface≦=0 is particularly required. this is(
It is related to the constant of 1 in equation (25), and if kl is set large, convergence is faster according to equation (13). When the state of the system enters the switching plane s = 0, the behavior is white, + c
, e , = O, and is expressed by n linear differential equations, so interference between each link is removed, making it look like an n ill independent single link system. When trying to quickly converge the error to zero, it is sufficient to simply increase C1.
従って、制御則の適用は非常(こ簡単であり、実用性が
高い。Therefore, the application of the control law is very simple and highly practical.
また、(25)式の制御則は、ロボットアームの物理パ
ラメータの公称値と、公称値から離れる偏差の上界値と
、外乱の最大値で表され、rX値を全く用いていない。Further, the control law of equation (25) is expressed by the nominal value of the physical parameter of the robot arm, the upper limit value of the deviation away from the nominal value, and the maximum value of the disturbance, and does not use the rX value at all.
すなわち、ロボットアームの物理パラメータ変動や外乱
の値がその限界値以内に入ればシステムの定常特性は変
らないので、パラメータ変動と外乱に対してロバスト性
があることを示している。すなわち、制御則が公称値と
限界値で記述されているので、設計の簡便性を示してい
る。何故ならば、普通は物理パラメータの同定値をとる
のであるが、ここでの公称値は設計者が自分で任意に決
定することもできるので、これによって、いろいろと特
徴のある制御則が作れるからである。実際使うとき、具
体的な制御対象と使える制御9M置に応じて一番適用し
やすい制御則を作ればよい。In other words, if the physical parameter fluctuations of the robot arm and the disturbance values are within the limits, the steady-state characteristics of the system will not change, indicating that the system is robust against parameter fluctuations and disturbances. That is, since the control law is described using nominal values and limit values, it shows the simplicity of design. This is because although the identified values of the physical parameters are normally taken, the nominal values here can also be arbitrarily determined by the designer, which allows the creation of control laws with various characteristics. It is. When actually using the system, it is sufficient to create a control law that is easiest to apply depending on the specific control target and the usable control 9M setting.
次に制御の計算量の低減について述べる。計算量の問題
はロボットアーム制御部の一つの頭の痛い問題であった
。すなわち、lサンプリングの制御超周期内にたくさん
の演算をしなければならない。Next, we will discuss reducing the amount of control calculations. The problem of the amount of calculation was one of the troublesome problems in the robot arm control section. That is, many operations must be performed within the control hyperperiod of l sampling.
計算量を減らすことは従来から注目されていて、いろい
ろな工夫がされてきている。しかし、ロボットアームの
制御では、三角関数(正弦、余弦)の計算が多いので、
これらを実時間で計算するのは大変時間がかかる。しか
し、本制御l去は物理パラメータの公称値とその上限値
のみを使っているので、三角関数の有界性を利用してこ
れら三角関数の計算を除くことが可能である。例えば、
コリオリカと遠心力B(θ、θ)を考えると、B (θ
、θ)=Σ f L)(s i n θ、COS
θ)θ、θ。Reducing the amount of calculation has long been a focus of attention, and various efforts have been made. However, in controlling a robot arm, there are many calculations of trigonometric functions (sine, cosine),
Calculating these in real time takes a lot of time. However, since this control method uses only the nominal values of the physical parameters and their upper limit values, it is possible to eliminate the calculation of these trigonometric functions by utilizing the boundedness of the trigonometric functions. for example,
Considering Coriolis and centrifugal force B (θ, θ), B (θ
, θ)=Σ f L)(s in θ, COS
θ) θ, θ.
は時変の係数f (s i nθ、COSθ)のため実
時間で計算するとき時間がかかり、また値がそれほど大
きくはない。ここでは、B’ (θ、J) をゼロ
と置くと、會(θ、ユンは(14)式により B(θ、
4)の上界f鋼になり、1θ、1の二次多項式%式%
θ)の係数は一つの定数になってしまうので、計算、量
を大幅に減らすことができる。ほかの項、例えば重力な
どの項も原則として同じように処理することができる。is a time-varying coefficient f (s i n θ, COS θ), so it takes time to calculate it in real time, and the value is not very large. Here, if B' (θ, J) is set to zero, then B (θ, J) becomes B (θ, J) according to equation (14).
4) Since it becomes an upper bound f steel and the coefficient of the quadratic polynomial formula % θ) of 1θ, 1 becomes one constant, the calculation and amount can be significantly reduced. Other terms, such as gravity, can in principle be treated in the same way.
しかし、そうすると、(25)式の[]内の値が大きく
なり、状態が切り撓え面の近くに入ると、不連続な符号
関数sgn(s)によって、入力の不連続変動の幅が大
きくなり機械共振を励振するなど望ましくないことにな
る。However, in this case, the value in brackets [ ] in equation (25) increases, and as the state approaches the bending plane, the discontinuous sign function sgn(s) causes the width of the discontinuous fluctuation of the input to become large. Therefore, it is undesirable to cause mechanical resonance to be excited.
つまり、正確なパラメータを使わなくても簡単に制御は
できるのであるが、正確な物理パラメータにより近い値
を使えば、入力の変動幅を抑えることができる。実際に
設計するときには、計算量と入力の変動幅のトレードオ
フを考慮する必要がある。In other words, although it is possible to easily control without using accurate parameters, the range of input fluctuations can be suppressed by using values closer to accurate physical parameters. When actually designing, it is necessary to consider the trade-off between the amount of calculation and the range of input variation.
第1図は本発明の制御則をロボットアームに適用する時
の構成を示す図、第2図は符号関数sgn、、(s)を
説明するための図、第3図は飽和関数sat (s/ε
)を説明するための図、第4図はシステム状態の収束が
保証される薄い層を説明するための図、第5図は2リン
クアームのモデル図第6図は制御則(25)式を用いた
時の直線軌道追従に於ける入力の変化を示す図、第7図
は制御則(25)式を用いた時の直線軌道追従に於け、
る追従誤差を示す図、第8図は制御則(26)式を用い
た時の直線軌道追従の様子を示すスティック線図、第9
図は制御則(26)式を用いた時の直線軌道追従の入力
の変化を示す図、第10図は制御則く26)式を用いた
時の直線軌道追従誤差を示す図、第11図は制御則(2
5)式を用いた時の円軌道追従の様子を示すスティック
線図、第12図は制御則(26)式を用いた時の円軌道
追従時の入力変化を示す図、第13図は制御則(26)
式を用いたときの円軌道追従誤差を示す図である。
1・・・ロボットアーム
2・・・制御則(25)式
%式%
木宛明の制御和則εロホ゛ット了−ムに遅月イる吟ハ填
族乞示寸図第 1 図
■
符号関数sgn(S)ミニを明1ろための図第20
第3図
第4図
2リンフ了−4のモデル図
第5図
制御jl’+ (25)代゛乞出いrc哨の直線戟選追
促に7廻する入力の変化乞ホT図
第6図
第7図
第8図
第9図
第10図
第11図
第12図
第13図Fig. 1 is a diagram showing the configuration when applying the control law of the present invention to a robot arm, Fig. 2 is a diagram for explaining the sign function sgn, , (s), and Fig. 3 is a diagram showing the saturation function sat (s /ε
), Figure 4 is a diagram to explain a thin layer that guarantees convergence of the system state, Figure 5 is a model of a two-link arm, and Figure 6 is a diagram showing the control law equation (25). Figure 7 shows the change in input during linear trajectory tracking when using the control law (25).
Fig. 8 is a stick diagram showing the state of linear trajectory tracking when using the control law equation (26), Fig. 9
The figure shows the change in input for linear trajectory tracking when using the control law equation (26), Figure 10 shows the linear trajectory tracking error when using the control law equation (26), and Figure 11 is the control law (2
5) A stick diagram showing how the circular trajectory is followed when formula is used, Figure 12 is a diagram showing the input change when following the circular trajectory when the control law formula (26) is used, and Figure 13 is the control Rule (26)
It is a figure which shows the circular orbit following error when using a formula. 1...Robot arm 2...Control law (25) formula % Formula % Wood's control law ε A late arrival at the end of the robot system Diagram 1 Diagram ■ Sign function sgn (S) Diagram for clearing the mini Figure 20 Figure 3 Figure 4 Figure 2 Model diagram of Rin-4 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13
Claims (3)
トアームの物理パラメータである慣性モーメント、リン
ク長さ、重心位置、質量、粘性摩擦係数それぞれの概略
の値である公称値を使って入力トルクを算出して軌道制
御を掛けておき前記物理パラメータそれぞれの真値に対
する公称値の誤差を上界値として設定しこれを制御量と
し、 この制御量は、関節角度と目標関節角度との偏差と、関
節角速度と目標関節角速度との偏差で形成された平面に
設定する切り換え面上で切り換えられた入力トルクであ
り、 この切り換え入力トルクによって前記軌道からのずれを
補正したことを特徴とするロボットアームの軌道制御方
法。(1) In the trajectory control of the robot arm, input torque is calculated using nominal values, which are approximate values of the physical parameters of the robot arm, such as moment of inertia, link length, center of gravity, mass, and coefficient of viscous friction. The error between the nominal value and the true value of each physical parameter is set as the upper limit value, and this is used as the control amount. and a target joint angular velocity, the input torque is switched on a switching surface set on a plane formed by the deviation between the target joint angular velocity and the target joint angular velocity, and the deviation from the trajectory is corrected by the switching input torque. Method.
を与える制御則は、 遠心力とコリオリ力の公称値、 粘性摩擦力の公称値、 重力の公称値、 慣性行列の公称値に切り替え面の係数と角速度誤差を乗
じたもの、 任意の正定数と切り替え面の状態の積、および慣性項i
行要素の各上界値の加算値の半分の量と切り替え面の状
態の積それぞれの加算値と、 外乱の上界値、 慣性行列と目標角加速度の積の上界値、 遠心力とコリオリ力の上界値、 重力の上界値、 慣性行列の上界値に切り替え面の係数と角速度誤差の絶
対値を乗じたもの、および 粘性摩擦係数の上界値に角速度の絶対値を乗じた粘性摩
擦力の上界値、それぞれの加算値が、切り替え面の符号
によって正負に切り替わる量との和で構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のロボットア
ームの軌道制御方法。(2) In the robot arm, the control law that gives the input torque to each joint is the nominal value of centrifugal force and Coriolis force, the nominal value of viscous friction force, the nominal value of gravity, the nominal value of the inertia matrix, and the coefficient of the switching surface. multiplied by the angular velocity error, the product of any positive constant and the state of the switching surface, and the inertia term i
The product of half of the sum of each upper bound of the row element and the state of the switching surface, the upper bound of disturbance, the upper bound of the product of inertia matrix and target angular acceleration, centrifugal force and Coriolis The upper bound of force, the upper bound of gravity, the upper bound of the inertia matrix multiplied by the switching surface coefficient and the absolute value of the angular velocity error, and the upper bound of the viscous friction coefficient multiplied by the absolute value of the angular velocity. Trajectory control of a robot arm according to claim 1, characterized in that the upper limit value of the viscous friction force and each added value are constituted by the sum of an amount that switches between positive and negative depending on the sign of the switching surface. Method.
を飽和関数にしたことを特徴とする特許請求の範囲第2
項記載のロボットアームの軌道制御方法。(3) Claim 2, characterized in that in the control law for providing the input torque, the sign function is a saturation function.
A method for controlling the trajectory of a robot arm as described in Section 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23048788A JPH0276690A (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Robot arm track control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23048788A JPH0276690A (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Robot arm track control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0276690A true JPH0276690A (en) | 1990-03-16 |
Family
ID=16908553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23048788A Pending JPH0276690A (en) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Robot arm track control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0276690A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991019235A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Fanuc Ltd | System for controlling compliance |
JP2007075967A (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Highly-accurate attitude detection device of moving body |
CN103406909A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-27 | 黑龙江科技大学 | Tracking control device and method of mechanical arm system |
JP2021117714A (en) * | 2020-01-24 | 2021-08-10 | 日本放送協会 | Control device and program for performing sliding mode control |
-
1988
- 1988-09-14 JP JP23048788A patent/JPH0276690A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991019235A1 (en) * | 1990-06-07 | 1991-12-12 | Fanuc Ltd | System for controlling compliance |
JP2007075967A (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Highly-accurate attitude detection device of moving body |
CN103406909A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-27 | 黑龙江科技大学 | Tracking control device and method of mechanical arm system |
JP2021117714A (en) * | 2020-01-24 | 2021-08-10 | 日本放送協会 | Control device and program for performing sliding mode control |
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