JPH0446782A - リンク機構の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボット機構などのような駆動サーボ系をもっ
たリンク機構において、追従性の高い制御系パラメータ
の設計方法、および、その設計期間の短縮化に関する。

〔従来の技術〕

従来の制御系設計は、設計者個人の経験的知識によって
行われ、その上、シミュレーションによって試行錯誤で
決定するので、制御系設計に多大な時間を費やしていた
。

また、ロボットを小型化、低廉化するためにアームを軽
量化すると剛性が下がり、重力による静的変形、および
、加速度による動的変形などの弾性変形が生じる。また
、弾性変形によって、アームの振動問題が生じてくる。

しかし、従来の数値制御ロボットには、このような変形
、振動問題を考慮せずに制御されていたために、位置決
め精度に限界があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術はリンク機構の駆動サーボ系を設計する際にジ
ヨイントに外力またはトルクが加えられた時のリンクの
変形を考慮していなかったので、柔構造になればなるほ
ど、リンク機構の運動精度。

位置決め精度が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は変形解析を行い、求まったリンクの撓み
量から駆動ジヨイントの指令値を補正し。

リンク機構の位置決め精度を向上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、駆動ジヨイントへの指令値
から制御系解析を行い、求められた駆動力を用いて、リ
ンク機構の動作を求める機構解析と、リンク形状から有
限要素法を用いてリンクの変形量を求めるための変形解
析を組み合わせたものである。

〔作用〕

（１）変形解析によってリンクの撓み量を求めているの
で、柔構造のリンク機構が急加速、急停止によって変形
しても、予め変形量が予測できるので指令値を補正して
おけば、位置決めが悪くなることはない。

（２）制御系設計において、振動解析によって求められ
たリンク機構の周波数応答を用いて制御系のパラメータ
を設定しているので、制御系が不安定になりやすい固有
振動数付近では、ゲインを下げておけば系を安定に保て
る。

（３）　（１）　、　（２）をプログラムした制御系設
計装置を用いることにより、設計者の堪にたよることな
く、追従性の良いリンク機構を短時間で設計することが
できる。

（４）　（３）の制御系設計装置によって、設計された
制御系のパラメータを用いてリンク機構の制御を行うの
で、高精度な位置決めが得られる。

〔実施例〕

本発明のシステム構成図を示したのが第１図である。リ
ンク機構の制御対象機として、数値制御ロボット１を取
り上げる。入力装置４より機構系。

構造系、制御系のデータ入力を行う。機構解析。

変形解析、振動解析を行い、制御系パラメータの設計を
行うための制御系設計装置３を設ける。設計された制御
系パラメータをロボットコントローラ２に転送し、追従
性の良いロボットの制御を行う。

第２図は本発明の追従性の良い制御系を設計するための
方法を示したものである。ロボットの手先の位置決め精
度を向上させるために、自重による静的変形量の他に運
動加速度による動的変形量を計算し、求まった変形量１
１から指令値１２を補正する。そのために、ロボットの
構造データを与え、メツシュ生成６を行い、有限要素法
で変形解析８を行う際に必要なＦＥＭモデル７を作成す
る。求められたＦＥＭモデルと境界条件を与えることに
より変形解析を行い、アームの変形量を求める。有限要
素法で変形解析を行うときの境界条件として節点荷重の
値を与えなければならないが、これは機構解析１６を行
うことによって、動的荷重が求められるので自重と合わ
せて節点荷重とすることができる。求まった変形量から
ロボットの手先位置の位置決めのずれを算出し、各駆動
ジヨイントの回転角度を補正する。これによって、急加
速、急減速を行う場合にも、アームの変形を予測でき、
高度な位置決め精度が得られる。

弾性変形によって生じる振動問題を解決する手段として
、有限要素法を用いて振動解析１８を行ない、求まった
周波数応答１９を駆動制御系のパラメータ設計２１に用
いる。制御系が不安定になりやすい固有振動数付近では
予めゲインを下げ、振動を押えることができる。設計さ
れた制御系パラメータ２２を用いて、制御系解析１３を
行うことによって駆動モータのトルク１４が算出される
。

次に、リンク機構データ１５であるジヨイントの種類、
ジヨイントの位置、アームの質量、慣性モーメントを用
いて機構解析を行ない、各ジヨイントの回転角度・位置
１７を求める。

以上の計算手順をロボットに指令した動作が終了するま
で繰り返し、制御系パラメータを設計することにより、
柔構造のアームに対しても高度で安定な、位置決め制御
の方法を求めることができる。

追従性の良い制御系パラメータ設計方法を第１図の制御
系設計装置にプログラムすることにより、柔構造アーム
の変形および振動を考慮した制御系の設計が可能となり
、制御系設計期間の短縮に効果をもたらす。

さらに、制御系設計を行う際に、本発明に第３図に示す
非線形フィードバック制御の機能を付は加えることによ
り、より追従性の良いアームの制御が可能となる。フィ
ードバック修正機構２６は制御値（ジヨイントの回転角
度）が変形解析によって補正された指令値に近づくまで
は、フィードバックゲイン２５を０に設定し、オーブン
ループ制御を行い１時定数を小さくする。制御値が設定
した範囲内になれば制御系設計で算出したフィードバッ
クゲインの値をえて、クローズトループ制御を行い、制
御値を目標値に近づける。この修正機構を設けることに
よって、より追従性の良いロボットの手先の位置決め制
御が可能となる。

設計された制御系パラメータをロボットコントローラに
転送することによって、自動的に追従性の良いロボット
機構の制御が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、リンク機構において振動解析を行って
、制御系を設計しているので、系が不安定になることが
ない。また、非線形フィードバック制御を行っているの
で、追従性の良いリンク運動が得られ、変形解析も行っ
てリンクの変形量を考慮しているので、高度な運動精度
および位置決め精度が得られ、ロボットを使った精密な
加工・組立が可能となる。

また、全工程を電子計算機上にプログラムして自動的に
制御系設計を行って゛いるので、設計者の経験に関係な
く、追従性の良いリンク機構を短時間で設計することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシステム説明図、第２図は
本発明の追従性の良い制御系パラメータの設計方法のフ
ローチャート、第３図は非線形フィードバック制御のブ
ロック図である。 １・・・ロボット、２・・・ロボットコントローラ、３
・・・制御系設計装置、４・・・入力装置。 猶 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、リンク機構への指令値から、駆動ジョイントに与え
   る力またはトルクを算出する機能を備えた制御系解析手
   段と、与えられた力または前記トルクから各々のジョイ
   ントの位置、速度、加速度を求める機構解析手段と、リ
   ンク形状と与えられた力または前記トルクを用いてリン
   クの撓み量を算出する変形解析手段と、変形量から指令
   値の補正量を求める手段とを含むリンク機構の制御装置
   。