JPH04340601A - 逆動力学的モデルの基底パラメ−タの同定方法 - Google Patents

逆動力学的モデルの基底パラメ−タの同定方法

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JPH04340601A
JPH04340601A JP11335891A JP11335891A JPH04340601A JP H04340601 A JPH04340601 A JP H04340601A JP 11335891 A JP11335891 A JP 11335891A JP 11335891 A JP11335891 A JP 11335891A JP H04340601 A JPH04340601 A JP H04340601A
Authority
JP
Japan
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torque
error
acceleration
equation
movable object
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Application number
JP11335891A
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Inventor
Kenji Kamiyama
健司 上山
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は可動物体、特に工場用や
研究用のマニピュレ−タに、これに印加されるトルクを
制御することにより、理想的な運動を行わしめる際の運
動方程式上のパラメ−タの同定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にロボットのマニピュレ−タ等の可
動物体の運動方程式は印加される力をトルクで表して、
【0003】
【数1】
【0004】のように表現されることが知られている(
「ロボット制御工学入門」美多  勉、大須賀  公一
共著、1989年11月15日、コロナ社発行参照)。
【0005】上記数1の運動方程式においてθ、dθ、
d2θは可動物体の目標とする軌道からその値が決まり
、τもモ−タのような駆動源の出力からその値が決まる
。そこで軌道 上の各点でのθ、dθ、d2θ、τを前
記数1の運動方程式に代入していくつかのサンプル点で
のH、C、Gを求め、このH、C、Gを軌道上のどの点
においても前記運動方程式から求められるτが実際に作
用しているτに等しくなるように決定することを逆動力
学モデルのパラメ−タを同定すると呼んでいる。
【0006】ところで軌道上の或る点で実際に可動物体
に作用しているトルクを精度良く測定することは現実的
には困難であり、この誤差を含んだトルクから同定され
たパラメ−タを用いて前記数1の運動方程式から得たト
ルクにより可動物体を駆動すると目標の軌道から大きな
ズレが生じるという問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑みてなされたものであり、運動中の可動物
体に実際に作用するトルクに限りなく近い運動方程式を
得るための各種パラメ−タの簡単且つ正確な同定方法を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、可動物体の位
置、速度、加速度を変数とする該可動物体に作用するト
ルクの運動方程式において、前記位置、速度、加速度に
掛かる係数を基底パラメ−タを用いて表し、この基底パ
ラメ−タを同定することにより前記可動物体の目標位置
、速度、加速度に対応したトルクを求める際に、前記可
動物体の設計デ−タによって求めた誤差を含むトルクの
値と神経回路モデルのフィ−ドバック誤差学習の手法を
用いて求めたトルクの値とによりトルク誤差を算出し、
このトルク誤差の値から最小二乗法により前記基底パラ
メ−タの誤差を算出する方法である。
【0009】
【作用】可動物体に作用する運動方程式に設計デ−タを
代入して誤差を含むパラメ−タを同定する。
【0010】目標とする可動物体の軌道における理想的
な運動方程式を神経回路モデルのフィ−ドバック誤差学
習の手法により得て、そのトルクの値と設計デ−タによ
るトルクの値とによりトルク誤差を算出する。
【0011】こうして得られたトルク誤差はもともと設
計デ−タから得られたパラメ−タの誤差から生じたもの
であり、かかるトルク誤差を用いて最小二乗法により理
想的なパラメ−タの同定を行う。
【0012】
【実施例】以下本発明の逆動力学的モデルの基底パラメ
−タの同定方法を3軸マニピュレ−タに適用した例に基
づき図面に沿って詳細に説明する。
【0013】図1は3軸マニピュレ−タの構造を説明す
る骨組み図であり、基台1に固定された第1ア−ム1に
第1リンクp1を介して連結された第2ア−ム2、この
第2ア−ム2に第2リンクp2を介して連結された第3
ア−ム3、この第3ア−ム3に第3リンクp3を介して
連結された第4ア−ム4、及びこの第4ア−ム4の先端
に取りつけられた図示しないハンドとによりマニピュレ
−タが構成されている。
【0014】今図1において各リンクp1〜p3の座標
原点から各ア−ム2〜4の重心までの距離をa1〜a3
、各リンク間の距離をl1〜l3、各ア−ム2〜4の質
量をm1〜m3とし、各リンクp1〜p3の変位をθ1
〜θ3としたときにこのマニピュレ−タの運動方程式は
ラグランジェの方法により次の数2のように表すことが
できる。
【0015】
【数2】
【0016】ここで各項の係数マトリックスのL1〜L
9,M1〜M8,N1〜N7は次の数3〜数5によって
定義されるものである。
【0017】
【数3】
【0018】
【数4】
【0019】
【数5】
【0020】但し前記数3〜数5においてIy1〜Iy
3は各リンクp1〜p3のY軸方向の慣性モ−メントを
示し、Imot1〜Imot3はマニピュレ−タの駆動
源となる図示しないモ−タの軸の慣性モ−メントを示し
ている。またgは重力である。
【0021】ところで上記数3〜数5は式が冗長すぎる
ので、次の数6のような基底パラメ−タA1〜A6を用
いて数7〜数9のように簡単な式に書き換えることがで
きる。
【0022】
【数6】
【0023】
【数7】
【0024】
【数8】
【0025】
【数9】
【0026】上記数6において前記マニピュレ−タの設
計のためのデ−タ(CADデ−タ等)から与えられたa
i,li,mi,Iyi(1≦i≦3)の値を代入して
基底パラメ−タA1〜A6を同定し、これを用いて前記
数7〜数9で表された前記数2の係数マトリックスを得
ることにより、誤差を含んだ状態でのマニピュレ−タの
逆動力学モデル(τC1,τC2,τC3)、即ちθ1
〜θ3を変数とするτC1〜τC3のマトリックス方程
式が得られる。
【0027】次に川人光男他「随意運動制御における適
応と学習II」日本ロボット学会誌,6巻3号,198
8にて提案されているフィ−ドバック誤差学習の手法を
用いて、目標軌道のデ−タからマニピュレ−タに与える
べきトルクτdを算出し、算出されたτdをマニピュレ
−タの制御系にフィ−ドフォワ−ドして、これを繰り返
し行うことによって、目標とするトルクτn(τn1,
τn2,τn3)を得る。
【0028】図2はフィ−ドバック誤差学習の概念図、
図3はその動作流れ図を示している。ステップS1にて
目標軌道計算を行い、神経回路の図示しない各シナプス
を初期化する。そして、位置θd、速度dθd、加速度
d2θdを算出し、ステップS2でこれを神経回路に入
力して該神経回路ないで前記数2の逆動力学(ダイナミ
クス)モデルによるトルク入力の計算を行い、該トルク
入力のフィ−ドフォワ−ド項ffを算出する。
【0029】次にステップS3にて現在の位置θ、速度
dθd、加速度d2θd、を実測により計測する。計測
された位置、速度、加速度のデ−タからステップS4で
次の数10に基づいてトルク入力のフィ−ドバック項f
bを計算する。
【0030】
【数10】
【0031】但しKpはフィ−ドバックの一ゲインを示
し、θを変数とする関数である。
【0032】最後にステップS5で上記で得られたff
及びfbを用いてこれらの和をマニピュレ−タのトルク
制御を行うアンプにトルク指令を出力する。以後目標軌
道上の任意の点で斯かる操作を繰り返し行い、前記フィ
−ドバック項fbが殆どゼロに等しくなるようなフィ−
ドフォワ−ド項ffを学習することによって理想的な逆
動力学モデルに基づくトルク入力τn得る。
【0033】ところでこうして得られたトルク入力τn
と前記τCとの差は、数6で計算により求めた基底パラ
メ−タの誤差によるものである。この差をΔτi(1≦
i≦3)とすると、Δτiは基底パラメ−タ誤差ΔAi
(1≦i≦6)を用いて次の数11のように表される。
【0034】
【数11】
【0035】そして前記Δτiは
【0036】
【数12】
【0037】であるから計測可能であり、その他のパラ
メ−タも既知のものであるから、ΔAiについて最小二
乗法を適用することにより得られたΔAiの値から誤差
を含まない、あるいは誤差の少ない理想的な逆動力学モ
デルの基底パラメータを正確に同定することができる。
【0038】尚、ΔAiについて最小2乗法を適用する
とは前記数11を最小2乗法の正規方程式で表すと、Δ
τiは
【0039】
【数13】
【0040】のようにψi(θ)の一次結合によって2
乗ノルムの意味で近似され、この式でnを固定して係数
ΔAiを動かし、Δτiの近似度を最小にする方法のこ
とを云い、具体的には、前記数11でまずΔτ3の式か
ら最小2乗法によってΔA1とΔA2を求め、Δτ2の
式及びΔA1,ΔA2から最小2乗法によってΔA3と
ΔA4を求め、Δτ2の式及びΔA1〜ΔA4から最小
2乗法によってΔA5とΔA6を求める。
【0041】
【発明の効果】本発明は、可動物体の位置、速度、加速
度を変数とする該可動物体に作用するトルクの運動方程
式において、前記位置、速度、加速度に掛かる係数を基
底パラメ−タを用いて表し、この基底パラメ−タを同定
することにより前記可動物体の目標位置、速度、加速度
に対応したトルクを求める際に、前記可動物体の設計デ
−タによって求めた誤差を含むトルクの値と神経回路モ
デルのフィ−ドバック誤差学習の手法を用いて求めたト
ルクの値とによりトルク誤差を算出し、このトルク誤差
の値から最小二乗法により前記基底パラメ−タの誤差を
算出するものであるから、目標とする軌道に沿って動作
する可動物体に対して上述の方法で得られた基底パラメ
−タを使って逆動力学モデルを解いて得られたトルク入
力を与えることにより、目標軌道から大きくずれないよ
うに可動物体を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法により制御される可動物体としての
マニピュレ−タの構造を示す骨組み図である。
【図2】神経回路モデルのフィ−ドバック誤差学習の原
理を説明する概略図である。
【図3】神経回路モデルのフィ−ドバック誤差学習の動
作を説明する流れ図である。
【符号の説明】
p1〜p3    リンク 1〜4   ア−ム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  可動物体の位置、速度、加速度を変数
    とする該可動物体に作用するトルクの運動方程式におい
    て、前記位置、速度、加速度に掛かる係数を基底パラメ
    −タを用いて表し、この基底パラメ−タを同定すること
    により前記可動物体の目標位置、速度、加速度に対応し
    たトルクを求める際に、前記可動物体の設計デ−タによ
    って求めた誤差を含むトルクの値と神経回路モデルのフ
    ィ−ドバック誤差学習の手法を用いて求めたトルクの値
    とによりトルク誤差を算出し、このトルク誤差の値から
    最小二乗法により前記基底パラメ−タの誤差を算出する
    ことを特徴とする逆動力学的モデルの基底パラメ−タの
    同定方法。
JP11335891A 1991-05-17 1991-05-17 逆動力学的モデルの基底パラメ−タの同定方法 Pending JPH04340601A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015089585A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 トヨタ自動車株式会社 リグレッサ行列の算出方法、力学パラメータの同定方法
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