JPH04141391A - コンプライアンス制御方法 - Google Patents
コンプライアンス制御方法Info
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- JPH04141391A JPH04141391A JP26312790A JP26312790A JPH04141391A JP H04141391 A JPH04141391 A JP H04141391A JP 26312790 A JP26312790 A JP 26312790A JP 26312790 A JP26312790 A JP 26312790A JP H04141391 A JPH04141391 A JP H04141391A
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- displacement sensor
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、コンプライアンス機構を有するロボット・ハ
ンドをコンプライアンス制御する際の制御方法に関する
。
ンドをコンプライアンス制御する際の制御方法に関する
。
第３図（ｌま、コンプライアンス機構部の概略を示した
ものである。
ものである。
ロボット・アーム１とロボット・ハンド２との間のコン
プライアンス機構部６は、ばね要素４とダンパ要素５と
変位センサ６とから構成されている。変位センサ６は、
ロボット・アーム１とロボット・ハンド２との相対変位
、すなわちばね要素４の伸縮量を検出するためのもので
、その信号は、位置側瞬時にはロボット・アーム１とロ
ボット・ハンド２との位置ずれ信号として、力制御時あ
るいはコンプライアンス制御時にはロボット・）・ンド
２に加わる力信号として用いられている。
プライアンス機構部６は、ばね要素４とダンパ要素５と
変位センサ６とから構成されている。変位センサ６は、
ロボット・アーム１とロボット・ハンド２との相対変位
、すなわちばね要素４の伸縮量を検出するためのもので
、その信号は、位置側瞬時にはロボット・アーム１とロ
ボット・ハンド２との位置ずれ信号として、力制御時あ
るいはコンプライアンス制御時にはロボット・）・ンド
２に加わる力信号として用いられている。
コンプライアンス機構部６は、ロボット・ハンド２を力
制御あるいはコンプライアンス制御する際、剛体と接触
したときでも制御系が不安定にならないようにするため
に設けられたもので、これにより正確な位置制御および
安定した力制御ならびにコンプライアンス制御が行える
ようになっている。
制御あるいはコンプライアンス制御する際、剛体と接触
したときでも制御系が不安定にならないようにするため
に設けられたもので、これにより正確な位置制御および
安定した力制御ならびにコンプライアンス制御が行える
ようになっている。
第２図は、ロボット・ハンドが剛体に接触しているとき
の従来のコンプライアンス制御系のブロック線図である
。コンプライアンス制御系は、ロボット・ハンドの位置
１９を制御するためのブロック１００とコンプライアン
ス動作のためのフィードバック・ループ１０１とから構
成される。なお、ロボット・ハンドが剛体に接触し、そ
の変位が拘束されているときは、ロボット・ハンドの位
置１９が一定値となるため、ロボット・アームの位置１
８の変化量がそのままロボット・アームとロボット・ハ
ンドとの相対変位２０の変化量になる。
の従来のコンプライアンス制御系のブロック線図である
。コンプライアンス制御系は、ロボット・ハンドの位置
１９を制御するためのブロック１００とコンプライアン
ス動作のためのフィードバック・ループ１０１とから構
成される。なお、ロボット・ハンドが剛体に接触し、そ
の変位が拘束されているときは、ロボット・ハンドの位
置１９が一定値となるため、ロボット・アームの位置１
８の変化量がそのままロボット・アームとロボット・ハ
ンドとの相対変位２０の変化量になる。
位置指令値１１から、ロボット・アームの位置１８と、
ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対変位２０
と、コンプライアンス動作のための位置指令値変更量２
４とが加減算され、位置偏差１２を得る。位置偏差１２
は比例補償器１３に入力され、速度指令値１４となって
、速度制御系１５に入力される。ロボット・アームの速
度１６は、積分器１７を通り、ロボット・アームの位置
１８を得る。
ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対変位２０
と、コンプライアンス動作のための位置指令値変更量２
４とが加減算され、位置偏差１２を得る。位置偏差１２
は比例補償器１３に入力され、速度指令値１４となって
、速度制御系１５に入力される。ロボット・アームの速
度１６は、積分器１７を通り、ロボット・アームの位置
１８を得る。
ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対変位、す
なわち変位センサの出力２０は、力算出部２１（比例要
素）に入力される。算出された力２２は、コンプライア
ンス・モデル２６に入力され、コンプライアンス動作の
ための位置指令値変更量２４を得る。
なわち変位センサの出力２０は、力算出部２１（比例要
素）に入力される。算出された力２２は、コンプライア
ンス・モデル２６に入力され、コンプライアンス動作の
ための位置指令値変更量２４を得る。
コンプライアンス・モデル２６は、第４図に示ずばね・
ダンパ系をモデル化したディジタル・フィルタで、入力
を外力ｆ、出力を変位Ｘとすると、その伝達関数（Ｓ領
域）は、次のように表される。
ダンパ系をモデル化したディジタル・フィルタで、入力
を外力ｆ、出力を変位Ｘとすると、その伝達関数（Ｓ領
域）は、次のように表される。
ただし、
ωｎ〉ωｄ
ここで
の部分は、
ばね・
ダンパ系をモデル化した部分、
Ｓ２＋２ζｎωｎＳ＋ωｎ２
の部分は、コンプライアンス制御系の安定性を高めるた
めの補償要素の部分である。
めの補償要素の部分である。
パラメータＫｃ、ζｄ、ωｄは、ばね・ダンパ系のパラ
メータｍｍ、ｃｍ、ｋｍと次のような関係がある。
メータｍｍ、ｃｍ、ｋｍと次のような関係がある。
このようにコンプライアンスの大きさ（１／ｋｍ）は、
コンプライアンス・ゲインＫＣによって決定される。
コンプライアンス・ゲインＫＣによって決定される。
コンプライアンス制御において、コンプライアンスをど
れだけ大きくできるかということは、コンプライアンス
・ゲインＫＣの値をどれだけ大きくできるかということ
である。
れだけ大きくできるかということは、コンプライアンス
・ゲインＫＣの値をどれだけ大きくできるかということ
である。
第２図において、比例補償器１６をＴ（ｐ％速度制御系
１５を４、積分器１７をｌ／Ｓ、力算出部２１をｋ（コ
ンプライアンス機構部のばね要素の剛性）、コンプライ
アンス・モデル２３をＭ （Ｓ）とすると、位置指令値
１１から位置指令値変更量２４までの開ループの伝達関
数ＧＯ（Ｓ）は、フィードバック・ループ１０２とフィ
ードバック・ループ１０６とが相殺されるため、 となる。このように開ループの伝達関数Ｇ 、 （Ｓ）
の周波数応答特性は、［積分要素子Ｍ（３１（位相遅れ
要素）」になる。
１５を４、積分器１７をｌ／Ｓ、力算出部２１をｋ（コ
ンプライアンス機構部のばね要素の剛性）、コンプライ
アンス・モデル２３をＭ （Ｓ）とすると、位置指令値
１１から位置指令値変更量２４までの開ループの伝達関
数ＧＯ（Ｓ）は、フィードバック・ループ１０２とフィ
ードバック・ループ１０６とが相殺されるため、 となる。このように開ループの伝達関数Ｇ 、 （Ｓ）
の周波数応答特性は、［積分要素子Ｍ（３１（位相遅れ
要素）」になる。
設定可能なコンプライアンス・ゲインＫ ｃの最大値を
大きくするには、開ループの伝達関数Ｇ 、 （Ｓ）に
おいて、コンプライアンス・モデルＭ（ｓ）のパラメー
タを最適値に設定し、そのゲイン余裕を増やしてやれば
よい。ここで最適なパラメータ値とは、ωｎ以下の周波
数領域において、Ｇ ｏ（ｓ）の位相が１ ｓ ｏ ［
ｄｅｇ〕以上遅れず、かつωｎ／ωｄ の値が最も大き
くなる値である。
大きくするには、開ループの伝達関数Ｇ 、 （Ｓ）に
おいて、コンプライアンス・モデルＭ（ｓ）のパラメー
タを最適値に設定し、そのゲイン余裕を増やしてやれば
よい。ここで最適なパラメータ値とは、ωｎ以下の周波
数領域において、Ｇ ｏ（ｓ）の位相が１ ｓ ｏ ［
ｄｅｇ〕以上遅れず、かつωｎ／ωｄ の値が最も大き
くなる値である。
しかしながら、先に述べたように開ループの伝達関数Ｇ
ｏ（ｓ）には積分要素が含まれているため、その位相は
常に９０ （ｄｅｇ１以上遅れている。このため、コン
プライアンス・モデルＭ（ｓ）の位相遅れ、すなわちω
ｎ／ωｄ の値を大きくすることができず、コンプライ
アンス・ゲインＫｃを大きくできないという課題がある
。
ｏ（ｓ）には積分要素が含まれているため、その位相は
常に９０ （ｄｅｇ１以上遅れている。このため、コン
プライアンス・モデルＭ（ｓ）の位相遅れ、すなわちω
ｎ／ωｄ の値を大きくすることができず、コンプライ
アンス・ゲインＫｃを大きくできないという課題がある
。
本発明は以上の課題に鑑みなされたもので、その目的は
、コンプライアンス制御によって実現するコンプライア
ンスの最大値を大きくする制御方法を提案することにあ
る。
、コンプライアンス制御によって実現するコンプライア
ンスの最大値を大きくする制御方法を提案することにあ
る。
上記課題を解決するために、本発明では次のような手段
を講じている。
を講じている。
変位センサの出力を位置指令にフィードバックするルー
ズに、コンプライアンス・モデルの定常ゲインを１にし
たコンプライアンス・フィルタを付加し、位置指令には
このコンプライアンス・フィルタの透過信号をフィード
バックするようにしている。
ズに、コンプライアンス・モデルの定常ゲインを１にし
たコンプライアンス・フィルタを付加し、位置指令には
このコンプライアンス・フィルタの透過信号をフィード
バックするようにしている。
変位センサの出力を位置指令にフィードバックするルー
プに、コンプライアンス・モデルの定常ゲインを１にし
たコンプライアンス・フィルタを付加することにより、
位置指令値から位置指令値変更量までの開ループの伝達
関数の周波数応答特性が、「積分要素→−コンプライア
ンス・モデル（位相遅れ要素）」から［積分要素］−コ
ンプライアンス・モデル（位相遅れ要素）−１−位相進
み要素」に変更される。
プに、コンプライアンス・モデルの定常ゲインを１にし
たコンプライアンス・フィルタを付加することにより、
位置指令値から位置指令値変更量までの開ループの伝達
関数の周波数応答特性が、「積分要素→−コンプライア
ンス・モデル（位相遅れ要素）」から［積分要素］−コ
ンプライアンス・モデル（位相遅れ要素）−１−位相進
み要素」に変更される。
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。
る。
第１図は本発明の実施例を示したものである。
ここで、実線で示されている経路は第２図において示し
たものと同様である。したがって、この経路についての
説明は、〔従来の技術〕で述べたことと重複するので省
略する。
たものと同様である。したがって、この経路についての
説明は、〔従来の技術〕で述べたことと重複するので省
略する。
従来のコンプライアンス制御方法では、変位センサの出
力２０を直接位置指令にフィードバックしていたが、本
発明では、変位センサの出力２０は、コンプライアンス
・モデル２６の定常ゲインを１にしたコンプライアンス
・フィルタ２５を通してからフィードバックしている。
力２０を直接位置指令にフィードバックしていたが、本
発明では、変位センサの出力２０は、コンプライアンス
・モデル２６の定常ゲインを１にしたコンプライアンス
・フィルタ２５を通してからフィードバックしている。
このコンプライアンス・フィルタの伝達関数（Ｓ領域）
を以下に示す。
を以下に示す。
ωｎ２（Ｓ２＋２ζｄωｄＳ＋ω ２）第１図において
、比例補償器１３をＫｐ、速度制御系１５をｌ、積分器
１７をｌ／Ｓ、力算出部２１をｋ（コンプライアンス機
構部のばね要素の剛性）、コンプライアンス・モデル２
３ヲＭ（ｓ）、コンプライアンス・フィルタ２５を Ｔ（（ｓ） （−Ｍ（ｓ）／ Ｋ ｃ）とずろと、位置
指令値１１から位置指令値変更量２４までの開ループの
伝達関数は、 となる。上式のうち ｓ ＋Ｋ ｐ −Ｋ ｐ −Ｔ（（Ｓ）の部分の周波
数応答特性は、Ｉ（（Ｓ）＝１となる周波数領域では積
分要素、Ｉ（（ｓ）＝Ｏとなる周波数領域では１次遅れ
要素になるから、全体としては［積分要素十位相進み要
素］になる。
、比例補償器１３をＫｐ、速度制御系１５をｌ、積分器
１７をｌ／Ｓ、力算出部２１をｋ（コンプライアンス機
構部のばね要素の剛性）、コンプライアンス・モデル２
３ヲＭ（ｓ）、コンプライアンス・フィルタ２５を Ｔ（（ｓ） （−Ｍ（ｓ）／ Ｋ ｃ）とずろと、位置
指令値１１から位置指令値変更量２４までの開ループの
伝達関数は、 となる。上式のうち ｓ ＋Ｋ ｐ −Ｋ ｐ −Ｔ（（Ｓ）の部分の周波
数応答特性は、Ｉ（（Ｓ）＝１となる周波数領域では積
分要素、Ｉ（（ｓ）＝Ｏとなる周波数領域では１次遅れ
要素になるから、全体としては［積分要素十位相進み要
素］になる。
この位相進み要素が位相を進ませる周波数領域は、コン
プライアンス・フィルタＩ−（（ｓ）が位相を遅らせる
周波数領域、すなわちコンプライアンス・モデルＭ （
Ｓ）が位相を遅らせる周波数領域とほぼ同じである。し
たがって、この位相進み要素によってコンプライアンス
・モデルの位相遅れをある程度カバーすることができる
ため、その分コンプライアンス・モデルＭ（Ｓ）の位相
遅れ、すなわちωｎ／ωｄを大きくできるようになり、
コンプライアンス・ゲインＫＣを大きくできるようにな
る。
プライアンス・フィルタＩ−（（ｓ）が位相を遅らせる
周波数領域、すなわちコンプライアンス・モデルＭ （
Ｓ）が位相を遅らせる周波数領域とほぼ同じである。し
たがって、この位相進み要素によってコンプライアンス
・モデルの位相遅れをある程度カバーすることができる
ため、その分コンプライアンス・モデルＭ（Ｓ）の位相
遅れ、すなわちωｎ／ωｄを大きくできるようになり、
コンプライアンス・ゲインＫＣを大きくできるようにな
る。
以上説明したように本発明のコンプライアンス制御方法
によれば、変位センサの出力を位置指令にフィードバッ
クするループに、コンプライアンス・モデルの定常ゲイ
ンを１にしたコンプライアンス・フィルタを付加したの
で、制御系の周波数応答特性が改善され、実現可能なコ
ンプライアンスの範囲を拡大することができるという効
果がある。
によれば、変位センサの出力を位置指令にフィードバッ
クするループに、コンプライアンス・モデルの定常ゲイ
ンを１にしたコンプライアンス・フィルタを付加したの
で、制御系の周波数応答特性が改善され、実現可能なコ
ンプライアンスの範囲を拡大することができるという効
果がある。
また、コンプライアンス・モデルのパラメータを変更し
ても、それに合わせてコンプライアンス・フィルタの特
性が変わるため、常に最適な制御系を構成できるという
効果もある。
ても、それに合わせてコンプライアンス・フィルタの特
性が変わるため、常に最適な制御系を構成できるという
効果もある。
さらに、新しいディジタル・フィルりを追加したわけで
はないため、演算時間が長くなったり、データ・メモリ
の使用量が増えたりすることがないという利点もある。
はないため、演算時間が長くなったり、データ・メモリ
の使用量が増えたりすることがないという利点もある。
第１図は本発明のコンプライアンス制御方法のブロック
線図、第２図は従来のコンプライアンス制御方法のブロ
ック線図、第３図はコンプライアンス機構部の概略図、
第４図はばね・ダンパ系の図である。 １・・・・・・ロボット・アーム、 ２・・・・・・ロボット・ハンド、 ６・・・・・・コンプライアンス機構部、４・・・・・
・ばね要素、 ５・・・・・・ダンパ要素、 ６・・・・・・変位センサ、 ２６・・・・・・コンプライアンス・モデル、２５・・
・・・・コンプライアンス・フィルタ。
線図、第２図は従来のコンプライアンス制御方法のブロ
ック線図、第３図はコンプライアンス機構部の概略図、
第４図はばね・ダンパ系の図である。 １・・・・・・ロボット・アーム、 ２・・・・・・ロボット・ハンド、 ６・・・・・・コンプライアンス機構部、４・・・・・
・ばね要素、 ５・・・・・・ダンパ要素、 ６・・・・・・変位センサ、 ２６・・・・・・コンプライアンス・モデル、２５・・
・・・・コンプライアンス・フィルタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ロボット・アームとロボット・ハンドとの間を少なくと
もばね要素からなるコンプライアンス機構部で結合し、
ロボット・アームとロボット・ハンドとの相対変位を検
出する変位センサと、この変位センサの出力から前記ロ
ボット・ハンドに負荷されている力を算出する手段と、
ばね・ダンパ系をモデル化したディジタル・フィルタ（
コンプライアンス・モデル）と、前記力をこのコンプラ
イアンス・モデルに入力する手段とを備え、前記変位セ
ンサの出力と前記力とに基づいて、前記ロボット・ハン
ドの位置制御がなされるロボットにおいて、 前記変位センサの出力を位置指令にフィードバックする
ループに、前記コンプライアンス・モデルの定常ゲイン
を１にしたディジタル・フィルタ（コンプライアンス・
フィルタ）を付加し、位置指令には、このコンプライア
ンス・フィルタの透過信号をフィードバックするように
したことを特徴とするコンプライアンス制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26312790A JPH04141391A (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | コンプライアンス制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26312790A JPH04141391A (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | コンプライアンス制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04141391A true JPH04141391A (ja) | 1992-05-14 |
Family
ID=17385197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26312790A Pending JPH04141391A (ja) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | コンプライアンス制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04141391A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500580A (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-19 | Hr Textron Inc. | Integrated compliance servovalve |
| JP2013094952A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Seiko Epson Corp | ロボット制御システム、ロボットシステム及びセンサー情報処理装置 |
| JP2013146793A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
| JP2013146794A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
-
1990
- 1990-10-02 JP JP26312790A patent/JPH04141391A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500580A (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-19 | Hr Textron Inc. | Integrated compliance servovalve |
| JP2013094952A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-20 | Seiko Epson Corp | ロボット制御システム、ロボットシステム及びセンサー情報処理装置 |
| US9463573B2 (en) | 2011-11-07 | 2016-10-11 | Seiko Epson Corporation | Robot control system, robot system, and sensor information processing apparatus |
| JP2013146793A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
| JP2013146794A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法 |
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