JPH05303427A - ロボット制御装置 - Google Patents

ロボット制御装置

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JPH05303427A
JPH05303427A JP3317388A JP31738891A JPH05303427A JP H05303427 A JPH05303427 A JP H05303427A JP 3317388 A JP3317388 A JP 3317388A JP 31738891 A JP31738891 A JP 31738891A JP H05303427 A JPH05303427 A JP H05303427A
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signal
vibration
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position deviation
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Tsugihito Maruyama
次人 丸山
Takashi Uchiyama
隆 内山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボット制御装置に関し、ロボットのアーム
やマニピュレータが目標指示軌跡へ高い精度で追従しつ
つ移動する際に伴って発生するアーム等の振動を有効に
抑制する。 【構成】 ロボットのアームやマニピュレータの移動を
関数発生手段1から出力される目標位置、該アーム関節
軸の指示回転加速度信号により制御するようにしたロボ
ット制御装置において、前記移動に伴う機械系の振動を
検出する振動検出手段5として変位計を使用し、検出さ
れた信号を前記関数発生手段1の指示値に一致するよう
に補償する振動抑制補償手段6を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロボット制御装置に関
し、特にロボットのアームやマニピュレータが目標指示
軌跡へ高い精度で追従しつつ移動する際にともなって発
生するアームの振動を有効に抑制することができるロボ
ット制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボットのアームのように、3次
元空間上を自由に移動するアームの制御装置において
は、アームの3次元空間上での位置を正確に検出できる
小型で使い易いセンサが得られないという理由で、アー
ムの位置については制御が行われていないのが現状であ
る。このため従来のロボットの制御装置では、図5に示
す如く、関数発生部1から逐次関節軸の目標指示位置信
号(以後、指示位置信号と書く)yp と関節軸の指示回
転加速度信号ya を出力し、この指示回転加速度信号y
a に応じて関節軸を駆動するモータ3を駆動するととも
に、このモータ3によりアームの如き機械系部を駆動し
ている。そしてモータ3に設けたエンコーダ(図示省
略)によりモータ3の回転位置を検出して得られる位置
信号ym と前記指示位置信号yp とを比較して位置偏差
信号em を求め、位置偏差補償器2により位置偏差補償
信号を得、この位置偏差補償信号と前記回転加速度信号
a を加算してモータ操作信号uを算出し、これにより
モータ3の回転を制御していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、モータ3
にエンコーダ等を取りつけモータの回転角を位置信号と
してフィードバックすることにより、関節角を駆動する
モータに対しては指示位置に偏差なく追従できるが、こ
のモータにより駆動されるアーム等の機械系について
は、この機械系が開ループとなっているため、アームの
移動中、特に加速、減速、停止時に極めて大きな振動が
発生するという欠点を有していた。
【0004】例えば、塗装や溶接作業等のように、移動
経路が重視される場合には、振動によるアームの指示軌
跡からのずれが作業内容を低下させ、また停止時の振動
が作業空間内の器具や組立部品の摩耗や破損を招くとい
う欠点があった。更にこのような振動はロボット自身の
機械的要素のガタを生み、ロボットの性能を低下させる
原因ともなり、みた目も良くない。そのためこのような
振動の発生を防止するために従来は高速性を犠牲にして
低速駆動して加速度を小さくし、振動の抑制を計ってい
た。そのため作業能率の高速性を向上する場合、大きな
問題となっていた。
【0005】従って本発明の目的は、このような問題を
改善するために、ロボットにセンサを取り付けて機械系
の振動を変位量として検出し、それが零になるようにす
る振動抑制補償器を備えることにより、移動に伴って発
生する振動を抑制すること、更にその補償器がすでにあ
る位置偏差補償器と調和するように設定することによ
り、高速性を失うことなくアームを忠実に追従させるこ
とを満たすロボット制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そしてこの目的を達成す
るために、本発明のロボット制御装置は、図1に示す如
く、ロボットのアームやマニピュレータの3次元空間あ
るいは関節軸での指示加速度信号、指示速度信号、及び
指示位置信号を出力する関数発生器1と、位置偏差信号
とモータ系の操作信号に基づきモータ系の状態量を観測
するモータ系状態観測器と、モータ系の位置偏差信号を
積分する位置偏差積分器を具備する位置偏差補償器2
と、上記アームやマニピュレータに設けられ、変位計に
より振動状態を検出する振動検出手段5と、変位計の振
動検出手段の変位信号及びモータ系からの位置信号を入
力して機械系の状態量を推定する機械系状態観測器及び
変位信号を積分する振動抑制積分器を有する振動抑制補
償器6と、関数発生部から出力される指示加速度信号、
指示速度信号及び指示位置信号と、前記位置偏差補償器
のモータ系の状態観測器の出力信号と位置偏差積分器の
出力信号と、前記振動抑制補償器の機械系の状態観測器
の出力信号と振動抑制積分器の出力信号と、各々係数器
を介して加算する加算手段を具備し、その出力をモータ
系の操作信号に使用し、上記各係数器の係数を過渡振動
の抑制と高い位置決め精度を得るよう最適な値に決定す
ることを特徴とする。
【0007】
【作用】これによりロボットのアームやマニピュレータ
の移動のときに生ずる振動を有効に抑制することがで
き、これらを速い速度で駆動可能にできる。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1〜図4に基づき
説明する。図1は本発明の一実施例構成図、図2は本発
明の構成を伝達関数として示したもの、図3は本発明に
おける補償器の詳細説明図であり、図4は指示軌跡を示
すものである。
【0009】図中、5は振動検出器であってロボットの
アームの振動を検出するものであり、一例として振動を
変位量として検出する変位計が使用され、6は振動抑制
補償器であって、振動検出器5から検出された機械系の
振動状態を示す変位信号y0が入力され、これに応じて
モータ系3を制御するものである。
【0010】関数発生部1は、図4(a−3)のよう
な、始点及び終点近傍で一定加速度の加減速を行わせる
指示値ya を発生する場合の伝達関数モデルであり、ま
たモータ系3(モータ、モータ駆動回路、エンコーダ位
置カウンタ等)は、電流の2回積分が位置信号ym とな
るのでKm /s2 、アームのような機械系4は、その振
動検出器5まで含めると、図2に示す如く、下記の数式
で表される。
【0011】
【数1】
【0012】まず、各制御系を状態方程式で記述する。
関数発生部は、xr を位置xr1, 速度xr2, 加速度xr3
からなる3次の状態ベクトルとすると、
【数2】 で表される。
【0013】ここで、Ar は3×3の係数行列である。
【0014】
【数3】
【0015】次にyr を指示位置yp とすると、
【数4】 で表される。
【0016】ここで、c′rpは3次の出力ベクトルであ
り、
【数5】 である。
【0017】モータ系はxm を2次の状態ベクトル、u
をスカラーの操作量及びym をスカラー出力(モータの
位置信号)とすると、
【数6】 となる。ここで、Am は系の2×2係数行列、bm は2
次の駆動ベクトル、c′m は2次の出力ベクトルであ
る。ここで、
【数7】 である。
【0018】なお、上記(4),(5) 式は下記のようにして
得られる。モータ系の伝達関数はKm /s2 で表され
る。これをラプラス変換すると下記の如くなる。
【数8】
【0019】これを微分方程式で表すと、
【数9】 となる。ここで、
【数10】 と定義して、状態方程式で表すと
【数11】 となる。これをベクトル表現すると
【数12】 となる。
【0020】また機械系はx0 を2次の状態ベクトル、
0 をスカラー出力(機械系の加速度信号)とすると、
【数13】 で表すことができる。ここで、A0 は系の2×2係数行
列、b0 は2次の駆動ベクトル、c′0 は2次の出力ベ
クトルである。ただし、「’」は転置を意味するもので
ある。ここで、
【数14】 で表される。なお、上記(6),(7) 式は下記のようにして
得られる。機械系の伝達関数は
【数15】 で表される。これをラプラス変換すると下記の如くな
る。
【数16】
【0021】これを微分方程式で表すと
【数17】 となる。ここで、
【数18】 と定義して、状態方程式で表すと
【数19】 となる。これをベクトル表現すると
【数20】 また、
【数21】 となる。
【0022】モータ系についての位置偏差補償器2内の
位置偏差積分器及び機械系の振動による変位量y
0 (∞)を零にするための振動抑制積分器については、
それぞれ、
【数22】 と示すことができる。
【0023】さて振動抑制補償器6を位置偏差補償器2
と調和させて、
【数23】 にするサーボ問題は、各制御系を合成することにより最
適レギュレータ問題に帰着できる。前記(1) 〜(10)式を
合成した複合系を
【数24】 ここでy(t) は下記の通り記述できる。
【数25】
【0024】ここで系の係数行列A、駆動ベクトルb及
び出力行列Cは次のように表される。
【数26】 と表す。
【0025】ここで、高い位置決め精度を実現しつつ機
械系の振動を抑制するために次式に評価関数を設定す
る。
【数27】
【0026】但し、第1項は高い位置決め精度を実現す
るために挿入した位置偏差の積分値の2乗であり、第2
項は振動を抑制するために挿入した機械系についての振
動による変位量の積分値2乗である。第3項はモータへ
の操作エネルギーを表している。また、σ、λは第1項
を1としたときの重み係数である。(14)式〜(16)式を制
約条件としてこの評価関数を最小にする最適な操作量u
(t) は一意に求めることができ、次式で与えられる。
【数28】
【0027】ここで、Kは次のリッカチの代数方程式に
よって求める。
【数29】
【0028】ここで、
【数30】 である。
【0029】また上記(18)式は、
【数31】 と書ける。モータ系や機械系の内部状態ベクトルxm ,
0 については直接測定できないので、下記の推定値を
用いる。
【数32】 のモータ系状態観測器2−0から生成される。ただし、
m はこのモータ系状態観測器2−0の2次のゲインベ
クトルである。
【0030】
【数33】 の機械系状態観測器6−0から生成される。ただし、g
0 は機械系状態観測器6−0の2次のゲインベクトルで
ある。
【0031】これは閉ループ系を漸近的に安定する安定
化補償器としても働いている。また(21)式第1項は関数
発生部1からのフィードフォワードなループで、目標位
置に関する値を加えるものであり、アームの指示軌跡へ
の追従特性を向上させる働きをしている。
【0032】以上のようにして得られた、本発明におけ
る位置偏差補償器2及び振動抑制補償器6の構成は, 図
3に示すようになる。また(18)式のfについては、評価
関数の重みσ、λをパラメータとして高い位置決め精度
を実現でき、振動が抑制するように(19)式、(20)式を用
いて予め計算される。
【0033】本発明の実施例によれば, 図4(a−1)
〜(a−3)のような場合に限らず、図4(b),(c) のよ
うな指示軌跡がステップ関数や、ランプ関数の場合に
も、アームがそれらに偏差なく追従し、移動中及び停止
時の振動を充分に抑制することができる。また関数発生
部の伝達関数モデルの積分器の数がL個の場合には、位
置偏差補償器及び振動抑制補償器内の積分器の数をそれ
ぞれL−2個以上にすることにより、L−1次関数を含
む指示軌跡に対して、アームを偏差なく追従させ、振動
を抑制させることができる。このようにして図5(d−
1)〜(d−4)のような、始点及び終点近傍で加速度
の変分を一定とする場合においても極めて有効である。
さらに機械系の次数をm次にすることによって、m/2
個の共振点を持つような振動に対しても十分抑制効果が
ある。
【0034】
【発明の効果】以上説明の如く、本発明よれば、ロボッ
トのアームやマニピュレータの移動のときに生じる振動
を有効に抑制することができるので、これらを速い速度
で駆動することが可能となり、その作業性能を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例構成図を示す。
【図2】図1を伝達関数として示したものである。
【図3】本発明における補償器の詳細説明図である。
【図4】各種の指示軌跡を示すものである。
【図5】従来のロボット制御装置を示す。
【符号の説明】
1 関数発生部 2 位置偏差補償器 3 モータ系 4 機械系 5 振動検出器 6 振動抑制補償器
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05D 3/12 306 P 9179−3H 19/02 D 8914−3H

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボットのアームやマニピュレータの3
    次元空間あるいは関節軸での指示加速度信号、指示速度
    信号、及び指示位置信号を出力する関数発生器と、 位置偏差信号とモータ系の操作信号に基づきモータ系の
    状態量を観測するモータ系状態観測器と、モータ系の位
    置偏差信号を積分する位置偏差積分器を具備する位置偏
    差補償器と、 上記アームやマニピュレータに設けられ、変位計により
    振動状態を検出する振動検出手段と、 変位計の振動検出手段の変位信号及びモータ系からの位
    置信号を入力して機械系の状態量を推定する機械系状態
    観測器及び変位信号を積分する振動抑制積分器を有する
    振動抑制補償器と、 関数発生部から出力される指示加速度信号、指示速度信
    号及び指示位置信号と、 前記位置偏差補償器のモータ系の状態観測器の出力信号
    と位置偏差積分器出力信号と、 前記振動抑制補償器の機械系の状態観測器の出力信号と
    振動抑制積分器の出力信号と、 各々係数器を介して加算する加算手段を具備し、その出
    力をモータ系の操作信号に使用し、上記各係数器の係数
    を過渡振動の抑制と高い位置決め精度を得るよう最適な
    値に決定することを特徴とするロボット制御装置。
JP3317388A 1991-11-06 1991-11-06 ロボット制御装置 Expired - Lifetime JPH0673086B2 (ja)

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JP3317388A JPH0673086B2 (ja) 1991-11-06 1991-11-06 ロボット制御装置

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JP10184781A Division JPS583001A (ja) 1981-06-30 1981-06-30 ロボツト制御方式

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JPH05303427A true JPH05303427A (ja) 1993-11-16
JPH0673086B2 JPH0673086B2 (ja) 1994-09-14

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ID=18087699

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JP3317388A Expired - Lifetime JPH0673086B2 (ja) 1991-11-06 1991-11-06 ロボット制御装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008290126A (ja) * 2007-05-25 2008-12-04 Komatsu Ltd 産業機械の制御装置および制御方法
US7868577B2 (en) 2005-05-31 2011-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Electric motor control apparatus
KR20160020338A (ko) * 2014-08-13 2016-02-23 박호석 매니플레이터용 진동 모니터링 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7868577B2 (en) 2005-05-31 2011-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Electric motor control apparatus
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KR20160020338A (ko) * 2014-08-13 2016-02-23 박호석 매니플레이터용 진동 모니터링 장치

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JPH0673086B2 (ja) 1994-09-14

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Effective date: 19950228