JPH04139508A

JPH04139508A - サーボ制御装置

Info

Publication number: JPH04139508A
Application number: JP26049890A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kubo; 久保　智彰
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-05-13

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）本発明は高速に制御するＸＹ子テーブルマニプレータ等
に適用されるサーボ制御装置に関する。

（従来の技術）ＸＹ子テーブルマニプレータ等を目標位置に高速にかつ
高精度に位置決めするためにフィードフォワード制御が
用いられている。このフィードフォワード制御は例えば
ＸＹ子テーブル適用するものであれば、ＸＹ子テーブル
時系列に配列された移動目標値に対して順次適当なフィ
ルタ処理を施し、このフィルタ処理後の値を火祭の目標
値としてフィードバック制御系に送出している。このフ
ィードバック制御系はフィルタ処理の目標値を受けてＸ
Ｙ子テーブル移動制御する。

又、マニプレータに適用するものであれば、このマニプ
レータでは各アームの姿勢変化によるイナーシャの変化
や重力による影響を受ける。従って、マニプレータへの
適用にあっては上記イナーシャの変化及び重力の影響を
無くすフィードフォワード値を求め、この値をフィード
バック制御系に送っている。そして、フィードバック制
御系はフィードフォワード値及び目標値を受けてマニプ
レータの作業制御を行う。

しかしながら、高速に移動目標値に対してフィルタ処理
を施す方法では、移動目標値がディジタルであると、高
次の微分処理を行うと精度が低下してＸＹ子テーブル正
確な移動軌跡が得られなくなるうえに、その演算処理に
時間がかかる。さらに、フィルタ処理では時変、非線形
なフィルタの実現が困難であり、正確な移動軌跡が得ら
れなくなる。

一方、イナーシャの変化及び重力の影響を無くす方法で
は、これらイナーシャの変化及び重力の影響を無くすフ
ィードフォワード制御に時間がかかる。すなわち、フィ
ードバック制御系には例えば１０ｍ５毎にフィードフォ
ワード値が送られ、このフィードバック制御系は高速な
制御を実行するためにフィードフォワード値を受けて補
間演算を実行して例えば１ｍｓ毎に操作量をマニプレー
タに送る。このため、フィードバック制御系は負担が大
きくうえに、その演算処理に時間がかかり、正確な移動
軌跡が得られない。

（発明が解決しようとする課題）以上のようにいずれの方法でも高速に制御する場合、演
算に時間がかかるうえに高精度な移動軌跡を得ることが
困難である。

そこで本発明は、高速で高精度に制御ができるサーボ制
御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、予め動作内容が設定されたサーボ制御対象に
対する目標値が時系列に記憶された目標値メモリと、サ
ーボ制御対象に対するフィードフォワード値が時系列に
記憶されたフィードフォワードメモリと、これら目標値
メモリ及びフィードフォワードメモリにそれぞれ記憶さ
れた目標値及びフィードフォワード値を読み取って加算
して仮想目標値とする目標値算出手段と、この目標値算
出手段により作成された仮想目標値に基づいてサーボ制
御対象を制御するフィードバック制御手段とを備えて上
記目的を達成しようとするサーボ制御装置である。

（作用）このような手段を備えたことにより、目標値メモリ及び
フィードフォワードメモリにそれぞれ記憶された目標値
及びフィードフォワード値が目標値算出手段により読み
取られて加算されて仮想目標値とされ、この仮想目標値
に基づいてフィードバック制御手段によりサーボ制御対
象が制御される。

（実施例）以下、本発明の第１実施例について第１図に示すサーボ
制御装置の構成図を参照して説明する。

このサーボ制御装置には目標値メモリ１及びフィードフ
ォーワードメモリ２が備えられている。

このうち目標値メモリ１には制御対象、例えばマニプレ
ータアームの移動目標値ｒ　（１）　、ｒ　（２）、・
・・ｒ　（ｎ）・・・が時系列に記憶されている。この
マニプレータは予め作業動作内容が定まったものである
。この場合、目標値メモリ１にはマニプレータアームの
第１作業動作の移動目標値ｒ（１）、ｒ　（２）　、・
・・ｒ　（ｎ）　、第２作業動作の移動目標値ｋ（１）
　、ｋ（２）　、・・・等、各作業動作の移動目標値が
記憶されている。なお、多関節マニプレータの場合、各
マニプレータアームごとにそれぞれ移動目標値が設定さ
れる。

又、フィードフォワードメモリ２にはマニプレータの各
アームに対するイナーシャの変化及び重力の影響を無く
すフィードフォワード値Ｃ（１）、Ｃ（２）、・・・Ｃ
（ｎ）・・・が記憶されている。この場合、フィードフ
ォワードメモリ２にはマニプレータの第１作業動作のフ
ィードフォワード値Ｃ（１）、Ｃ（２）、・・・Ｃ（ｎ
）、第２作業動作のフィードフォワード値Ｄ（１）　、
　Ｄ（２）　、・・・等、各作業動作のフィードフォワ
ード値が記憶されている。

これらメモリ１．２には軌道生成部３が接続されている
。この軌道生成部３は移動目標値ｒ（１）、ｒ　（２）
　、・・・ｒ　（ｎ）・・・及びフィードフォワード値
Ｃ（１）　、Ｃ（２）　、・・・Ｃ（ｎ）・・・を生成
する機能を有するもので、これら移動目標値ｒ　（１）
・・・「（ｎ）・・・及びフィードフォワード値Ｃ（１
）・・・Ｃ（ｎ）・・・はフィードバック制御装置４に
１ｍｓの周期で送出する値となっている。なお、軌道生
成部３は移動目標値ｒ（１）・・ｒ　（ｎ）・・・及び
フィードフォワード値Ｃ（１）・Ｃ（ｎ）・・・をそれ
ぞれ目標値メモリ１及びフィードフォワードメモリ２に
記憶させる機能の他に目標値メモリ１及びフィードフォ
ワードメモリ２から順次移動目標値「（１）・・・ｒ　
（ｎ）・・及びフィードフォワード値Ｃ（１）・・・Ｃ
（ｎ）・・−を読み田す機能を有している。これら読み
出された移動目標値ｒ（１）・・・ｒ　（ｎ）　　・・
及びフィードフォワード値Ｃ（１）・・Ｃ（ｎ）・・は
共に加算器５に送られている。

この加算器５は移動目標値ｒ（１）・・・ｒ　（ｎ）・
・及びフィードフォワード値Ｃ（１）・・・Ｃ（ｎ）・
・・を順次加算して仮想目標値Ｒ（１）・・・Ｒ（ｋ）
・・を作成する機能を有している。この仮想目標値Ｒ（
１）・・・Ｒ（ｋ）・・・は加算器６を通してフィード
バック制御装置４に送られている。

このフィードバック制御装置４は仮想目標値Ｒ（１）・
・・Ｒ（ｋ）・・を順次受けてＰＩＤ動作を実行する機
能を有している。このフィードバック制御装置４から出
力される操作量Ｗはマニプレータの関節に設けられたサ
ーボモータフに送られている。

なお、操作量Ｗはサーボ駆動回路に送られてサーボモー
タ７が駆動される構成となっている。サーボモータ７に
はエンコーダが設けられ、このエンコーダからサーボモ
ータの回転量つまりマニブレタアームの移動量が加算器
６にフィードバックされている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

先ず、サーボ制御実行の前に軌道生成部３は移動目標値
「（１）・・・ｒ　（ｎ）・・・及びフィードフォワー
ド値Ｃ（１）・・・Ｃ（ｎ）・・・を作成してそれぞれ
目標値メモリ１及びフィードフォワードメモリ２に記憶
する。

サーボ制御実行にあっては軌道生成部３は周期１ｍｓで
目標値メモリ１及びフィードフォワードメモリ２からそ
れぞれ移動目標値ｒ（１）・・・ｒ　（ｎ）・・・及び
フィードフォワード値Ｃ（１）・・・Ｃ（ｎ）・・・を
読比て加算器５に送る。この加算器５は移動目標値ｒ（
１）・・・ｒ　（ｎ）・・・及びフィードフォワード値
Ｃ（１）・・・Ｃ（ｎ）・・・を加算して仮想目標値Ｒ
（ｎ）として加算器６を通してフィードバック制御装置
４に送る。このフィードバック制御装置４は仮想目標値
Ｒ（ｎ）を受けてＰＩＤ演算を実行して操作量Ｗを送出
する。これにより、サーボモータ７は駆動してマニプレ
ータアームを移動させる。サーボモータフの回転量はエ
ンコーダにより検出されてマニプレータアームの移動量
として加算器６にフィードバックされる。かくして、マ
ニプレータアームはイナーシャの変化及び重力の影響無
く移動目標値ｒ（１）・・・ｒ　（ｎ）・・・に沿って
移動する。

このように上記一実施例においては、目標値メモリ１及
びフィードフォワードメモリ２にそれぞれ記憶された目
標値及びフィードフォワード値を加算して仮想目標値と
し、この仮想目標値に基づいてフィードバック制御によ
りマニプレータアームを移動制御する構成としたので、
予め定められている移動目標値により精度高いフィード
フォワード値、例えば浮動少数点程度で予め求めること
ができ、これにより制御動作中にフィードフォワード値
の補間値を求めることなく、多関節マニプレータを高速
に移動制御できる。

次に本発明の第２実施例について第２図に示すサーボ制
御装置の構成図を参照して説明する。なお第１図と同一
部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

この装置にはフィードフォワード値修正部１０が備えら
れている。このフィードフォワード値修正部１０はエン
コーダから送出される仮想目標値とマニプレータアーム
の移動量とを比較して差がなければ仮想目標値を修正せ
ず、差があればその差の大きさに応じて仮想目標値を修
正する機能を有している。

かかる構成であれば、マニプレータアームを駆動するサ
ーボモータ等が経年変化により応答が悪くなっても、又
マニプレータアームへの重力の影響が変化しても仮想目
標値を修正できて高速にかつ高精度に移動制御できる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、マ
ニプレータ等の制御対象が複雑でかつ特性が把握しにく
くフィードフォワード値を求める式を得られない場合、
試行錯誤的なアルゴリズムを実行してフィードフォワー
ド値を求めればフィードフォワード値修正部１０により
高精度なフィードフォワード値を得ることができる。

［発明の効果コ以上詳記したように本発明によれば、高速で高精度に制
御ができるサーボ制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるサーボ制御装置の第１実施例を
示す構成図、第２図は本発明に係わるサーボ制御装置の
第２実施例を示す構成図である。１・・・目標値メモリ、２・・・フィーフォワードメモ
リ、３・・・軌道生成部、４・・・フィードバック制御
装置、５，６・・加算器、７・・・サーボモータ、１０
・・・フィードフォワード値修正部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

予め動作内容が設定されたサーボ制御対象に対する目標
値が時系列に記憶された目標値メモリと、前記サーボ制
御対象に対するフィードフォワード値が時系列に記憶さ
れたフィードフォワードメモリと、これら目標値メモリ
及びフィードフォワードメモリにそれぞれ記憶された目
標値及びフィードフォワード値を読み取って加算して仮
想目標値とする目標値算出手段と、この目標値算出手段
により作成された仮想目標値に基づいて前記サーボ制御
対象を制御するフィードバック制御手段とを具備したこ
とを特徴とするサーボ制御装置。