JPH06297368A - Controller for manipulator - Google Patents
Controller for manipulatorInfo
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- JPH06297368A JPH06297368A JP30947192A JP30947192A JPH06297368A JP H06297368 A JPH06297368 A JP H06297368A JP 30947192 A JP30947192 A JP 30947192A JP 30947192 A JP30947192 A JP 30947192A JP H06297368 A JPH06297368 A JP H06297368A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータの制御
装置に関し、特に外乱推定補償法を用いて、システム安
定性を損なわずに定常偏差をなくし、優れた過渡応答特
性と高精度位置決めを可能にしたマニピュレータの制御
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator control device, and in particular, it uses a disturbance estimation compensation method to eliminate steady-state deviation without impairing system stability, and enables excellent transient response characteristics and high-precision positioning. And a control device for the manipulator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】人間に代わって種々の作業を行うロボッ
トには、運動指令の全てあるいは一部を人間が行う操縦
形ロボットがあり、この種の操縦形ロボットでは、簡単
な運動指令で複雑な作業を行わせることができるマスタ
スレーブ方式のロボットが広く用いられている。また、
ロボットから作業反力などの作業情報をオペレータにフ
ィードバックできるバイラテラル制御方式のロボットも
知られている。2. Description of the Related Art Robots that perform various tasks in place of humans include manipulative robots that perform all or part of motion commands by humans. A master-slave robot that can perform work is widely used. Also,
There is also known a bilateral control type robot that can feed back work information such as work reaction force from a robot to an operator.
【０００３】ところで、高圧送電線工事においては、送
電を中断することなく工事を実施して利用者の利便性を
担保することが望まれており、他方において、工事を行
うに際しては、感電事故の発生を防止するとともに、作
業性や作業効率を高めることも要求されている。そのた
め、操縦形ロボットの中でも高機能を有する配電工事作
業用バイラテラルマニピュレータが開発されている。By the way, in the construction of high-voltage power transmission lines, it is desired to carry out the construction without interrupting power transmission to ensure the convenience of users. On the other hand, when carrying out the construction, an electric shock accident may occur. It is required to prevent the occurrence and to improve workability and work efficiency. For this reason, a bilateral manipulator for distribution work, which has a high function among the manipulative robots, has been developed.
【０００４】かかる配電工事作業用マニピュレータで
は、出力／慣性比、操作性、安全性などの観点から、ア
クチュエータに絶縁材を用いた電気油圧方式（例えば、
サーボバルブにより駆動するＦＲＰ製油圧シリンダを用
いたマニピュレータ）が適しているといえる。In such a manipulator for distribution work, from the viewpoint of output / inertia ratio, operability, safety, etc., an electro-hydraulic system using an insulating material for the actuator (for example,
It can be said that a manipulator using an FRP hydraulic cylinder driven by a servo valve is suitable.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクチ
ュエータに絶縁材を用いた電気油圧方式ロボットでは、
制御系の安定性や制御性に問題があった。確かに、マス
タスレーブ方式で使用したときは、オペレータ自身が外
乱を察知し、これを打ち消す操作を行うため、実用面に
おいては特に顕著な問題として現われなかったが、コン
ピュータ指令によって自動運転（例えばプレイバック運
転など）を行う場合には、この問題が深刻であった。マ
スタースレーブ方式、自動運転の何れにおいても、制御
系の安定性や制御性に問題を含んでいることに変わりは
なかった。However, in the electro-hydraulic robot using the insulating material for the actuator,
There was a problem with the stability and controllability of the control system. Certainly, when used in the master-slave method, the operator himself senses the disturbance and performs an operation to cancel it, so it did not appear as a particularly remarkable problem in practical use, but it was automatically driven by a computer command (for example, play This problem was serious when driving backwards). In both the master-slave system and the automatic operation, there was still a problem in stability and controllability of the control system.
【０００６】例えば、図９に示すような制御系を構成し
た場合、スプール弁の摩耗等によるサーボバルブの中立
点のズレやアンプのオフセットなどが原因で、回転角度
に定常偏差が残ることがあった。このうちオフセットの
影響を打ち消すために、一般的なアンプには中立点調節
用のバイアス電流が流せるようになっているが、供給電
力や温度の影響で中立点が変動するため、チューニング
を実施しても時間の経過とともに再び定常偏差が生じる
ことになる。For example, when a control system as shown in FIG. 9 is constructed, a steady deviation may remain in the rotation angle due to a shift of the neutral point of the servo valve due to abrasion of the spool valve or an offset of the amplifier. It was Of these, a bias current for adjusting the neutral point can be supplied to a general amplifier to cancel the influence of the offset, but the neutral point fluctuates due to the influence of the supplied power and temperature, so tuning is performed. However, the steady deviation again occurs over time.
【０００７】また、チューニングを実施するには、シス
テムを始動する前に毎回サーボバルブの中立点を設定す
る必要があり、きわめて煩雑な作業を必要とした。さら
に、電気油圧方式によるマニピュレータシステムでは、
流量係数などの変化によるループゲインの変動や、関節
回りの慣性モーメントの変化など、多種多様の制御対象
の変動が生じるため、制御性能が劣化し所望の過渡応答
が得られないおそれがあった。Further, in order to carry out the tuning, it is necessary to set the neutral point of the servo valve each time before the system is started, which requires an extremely complicated work. Furthermore, in the electro-hydraulic manipulator system,
There is a possibility that a variety of controlled objects may fluctuate, such as a change in loop gain due to a change in a flow rate coefficient, a change in moment of inertia around a joint, and the like, so that control performance is deteriorated and a desired transient response cannot be obtained.
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、システム安定性を損なわず
に定常偏差をなくし、優れた過渡応答特性と高精度位置
決めを可能にすることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and it is possible to eliminate steady-state deviation without impairing system stability and to realize excellent transient response characteristics and high-accuracy positioning. With the goal.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマニピュレータの制御装置は、流体により
駆動する少なくとも一つの関節を備えたマニピュレータ
の動作を制御する制御装置であって、前記関節に与えら
れる入力値と、この入力値により生じる前記関節の出力
値とに基づいて、前記関節の制御系に加わっている外乱
を演算して推定し、この演算された推定外乱を打ち消す
ように前記関節の入力値に修正を加える観測手段を有す
ることを特徴としている。In order to achieve the above object, a control device for a manipulator according to the present invention is a control device for controlling the operation of a manipulator having at least one joint driven by fluid. Based on the input value given to the joint and the output value of the joint generated by this input value, the disturbance applied to the control system of the joint is calculated and estimated, and the calculated disturbance is canceled. It is characterized by having an observation means for correcting the input value of the joint.
【００１０】前記関節の入力値および出力値は、前記関
節の角度、位置、角速度、速度、角加速度、加速度、外
力、トルク、圧力のうちの少なくとも一つであり、ま
た、前記関節の制御系に加わる外乱は、前記関節に加わ
る負荷の変動、流量調整弁または圧力調整弁の中立点の
変動、電流調節器の中立点の変動、前記関節以外の関節
の動作にともなう反動のうちの少なくとも一つである。The input value and the output value of the joint are at least one of the angle, position, angular velocity, speed, angular acceleration, acceleration, external force, torque, and pressure of the joint, and the joint control system. The disturbance applied to the joint is at least one of a fluctuation of a load applied to the joint, a fluctuation of the neutral point of the flow rate control valve or the pressure control valve, a fluctuation of the neutral point of the current regulator, and a reaction caused by the motion of a joint other than the joint. Is one.
【００１１】[0011]
【作用】マニピュレータの関節に生じる位置偏差は、実
際の原因が何であっても、全て図１に示すような外乱
（ｄ）に起因するものとして捉え、この外乱を制御系の
入力値と出力値とから演算して推定し、この推定された
推定外乱（＾ｄ）を打ち消すように関節を制御する。こ
のような演算を司る観測手段は、常に入力値と出力値と
に基づいて外乱を演算して推定外乱（＾ｄ）を求め、時
々刻々と変化する外乱（ｄ）を常時打ち消すように入力
値に修正を加える。The position deviation occurring in the joint of the manipulator is regarded as being caused by the disturbance (d) as shown in FIG. 1, regardless of the actual cause, and the disturbance is input and output values of the control system. Then, the joint is controlled so as to cancel out the estimated estimated disturbance (^ d). The observing means that manages such an operation always calculates the disturbance based on the input value and the output value to obtain the estimated disturbance (^ d), and constantly cancels the disturbance (d) that changes every moment. Make a correction to.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明に係る制御系の基本構成を示すブ
ロック線図、図２は本発明の制御装置を適用したマニピ
ュレータを示す概念図、図３は図２に示すマニピュレー
タの制御系の要部構成を示すブロック図、図４は本発明
に係る制御系を具体化した装置構成図、図５は図４に示
す実施例の要部を示す構成図である。また、図６は図４
に示す実施例においてサーボバルブの中立点を故意に変
動させた場合の応答状態を示すグラフ、図７は図４に示
す実施例においてループゲインを故意に変動させた場合
の応答状態を示すグラフ、図８は図４に示す実施例にお
いて慣性負荷を故意に変動させた場合の応答状態を示す
グラフである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the basic configuration of a control system according to the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a manipulator to which the control device of the present invention is applied, and FIG. 3 is a main configuration of the control system of the manipulator shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an apparatus embodying a control system according to the present invention, and FIG. 5 is a configuration diagram showing a main part of the embodiment shown in FIG. In addition, FIG.
4 is a graph showing a response state when the neutral point of the servo valve is intentionally changed, and FIG. 7 is a graph showing a response state when the loop gain is intentionally changed in the embodiment shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing a response state when the inertial load is intentionally changed in the embodiment shown in FIG.
【００１３】本発明のマニピュレータの制御装置は、例
えば図２に示すマスタスレーブ方式の操縦形マニピュレ
ータに適用することができる。このマニピュレータで
は、ブーム１の先端にバケット２が設けられており、オ
ペレータ３がマスターアーム４を操縦することにより、
該マスターアーム４の動きに倣ってスレーブアーム５が
動くようになっている。なお、本実施例のマニピュレー
タは、このようなマニュアル操作以外にも、プレイバッ
ク運転機能を備えている。図中「６」は高圧送電線であ
る。The control device for a manipulator of the present invention can be applied to, for example, the master-slave type manipulator of the master-slave system shown in FIG. In this manipulator, a bucket 2 is provided at the tip of a boom 1, and an operator 3 operates a master arm 4 to
The slave arm 5 moves along with the movement of the master arm 4. The manipulator of this embodiment has a playback operation function in addition to such manual operation. In the figure, “6” is a high voltage transmission line.
【００１４】このマニピュレータは、図３に示すよう
に、例えば６軸の関節を有しており、全ての関節は電気
油圧制御により駆動されるようになっている。すなわ
ち、マスターアーム４の各関節Ｍ1 〜Ｍ6 にはポテンシ
ョメータが取り付けられており、各軸の角度が各ポテン
ショメータからマイクロコンピュータなどの制御手段７
に出力され、このマイクロコンピュータ７からスレーブ
アーム５を作動させる各軸のサーボバルブＳＶ1 〜ＳＶ
6 に指令信号が出力される。なお、各関節の角度を検出
する手段はポテンショメータにのみ限定されることな
く、例えばロータリーエンコーダなどを用いることもで
きる。As shown in FIG. 3, this manipulator has, for example, 6-axis joints, and all the joints are driven by electrohydraulic control. That is, potentiometers are attached to the joints M 1 to M 6 of the master arm 4, and the angle of each axis is changed from each potentiometer to control means 7 such as a microcomputer.
Is output to the servo valves SV 1 to SV of the respective axes for operating the slave arm 5 from the microcomputer 7.
A command signal is output to 6 . The means for detecting the angle of each joint is not limited to the potentiometer, and a rotary encoder or the like may be used.
【００１５】各軸のサーボバルブＳＶ1 〜ＳＶ6 では、
コンピュータ７からの指令信号に基づいて、サーボバル
ブの出力としての作動油の流量および油圧を制御し、ス
レーブアーム５を作動させる。また、スレーブアーム５
の各軸Ｓ1 〜Ｓ6 にもポテンショメータが設けられてお
り、このポテンショメータによって検出されたスレーブ
アーム５の各軸の角度がマイクロコンピュータ７にフィ
ードバックされる。なお、各軸の角度を検出する手段は
ポテンショメータにのみ限定されることなく、例えばロ
ータリーエンコーダなどを用いることもできる。In the servo valves SV 1 to SV 6 for each axis,
Based on the command signal from the computer 7, the flow rate and hydraulic pressure of hydraulic oil as the output of the servo valve are controlled to operate the slave arm 5. Also, slave arm 5
Each of the axes S 1 to S 6 is also provided with a potentiometer, and the angle of each axis of the slave arm 5 detected by this potentiometer is fed back to the microcomputer 7. The means for detecting the angle of each axis is not limited to the potentiometer, and a rotary encoder or the like may be used.
【００１６】図４は、本実施例に係るマニピュレータの
一つの関節の構成を示す装置構成図であり、アクチュエ
ータとして絶縁材である硬質プラスチック製の油圧シリ
ンダ８が採用されている。このアクチュエータは、関節
Ｓに設けられたピニオンギア９を２つの油圧シリンダ８
ａ，８ｂのロッド１０ａ，１０ｂに設けられたラックギ
ア１１によって挟持し、これら２つのロッド１０ａ，１
０ｂの差動を利用することにより構成されている。FIG. 4 is a device configuration diagram showing the configuration of one joint of the manipulator according to the present embodiment, in which a hard plastic hydraulic cylinder 8 as an insulating material is used as an actuator. This actuator includes a pinion gear 9 provided at a joint S and two hydraulic cylinders 8
a, 8b, and a rack gear 11 provided on the rods 10a, 10b.
It is configured by using the differential of 0b.
【００１７】関節Ｓには、該関節の角度を検出するため
のポテンショメータ（ロータリーエンコーダでもよい）
１２が設けられており、検出された角度情報は、入出力
部１３およびＡ／Ｄ変換器１４を介して中央演算処理部
１５に出力される。また、油圧シリンダ８の油圧を検出
するために、半導体形圧力変換器１６ａ，１６ｂが設け
られており、ここで検出された油圧情報も入出力部１３
およびＡ／Ｄ変換器１４を介して中央演算処理部１５に
出力される。ただし、本発明では必ずしも油圧検出を行
う必要はない。The joint S has a potentiometer (which may be a rotary encoder) for detecting the angle of the joint.
12 is provided, and the detected angle information is output to the central processing unit 15 via the input / output unit 13 and the A / D converter 14. Further, semiconductor pressure converters 16a and 16b are provided to detect the hydraulic pressure of the hydraulic cylinder 8, and the hydraulic pressure information detected here is also input / output unit 13.
And is output to the central processing unit 15 via the A / D converter 14. However, in the present invention, it is not always necessary to detect the hydraulic pressure.
【００１８】一方、中央演算処理部１５からの指令信号
はＤ／Ａ変換器１７およびサーボアンプ１８を介してサ
ーボバルブ１９に出力され、油圧源２０からの油圧およ
び流量を調節する。図示するサーボバルブ１９におい
て、「２１ａ，２１ｂ」は油流入口、「２２ａ，２２
ｂ」は油流出口、「２３」は油帰還口であり、例えば図
５に示すように、スプール弁２４が上方に移動すること
により、油流入口２１ａが開き、油流入口２１ｂが閉じ
ると、油圧源２０からの油圧は、サーボバルブ１９の流
入口２１ａから流出口２２ａを介して油圧シリンダ８ａ
に至り、この油圧シリンダ８ａのロッド１０ａを前進さ
せる。On the other hand, the command signal from the central processing unit 15 is output to the servo valve 19 via the D / A converter 17 and the servo amplifier 18 to adjust the hydraulic pressure and the flow rate from the hydraulic pressure source 20. In the illustrated servo valve 19, “21a, 21b” are oil inlets, and “22a, 22b”.
“B” is an oil outlet, and “23” is an oil outlet. For example, as shown in FIG. 5, when the spool valve 24 moves upward, the oil inlet 21a opens and the oil inlet 21b closes. The hydraulic pressure from the hydraulic pressure source 20 is transmitted from the inflow port 21a of the servo valve 19 through the outflow port 22a to the hydraulic cylinder 8a.
Then, the rod 10a of the hydraulic cylinder 8a is moved forward.
【００１９】これにともない、他方の油圧シリンダ８ｂ
のロッド１０ｂが後退するため、この油圧シリンダ８ｂ
に流入していた油が流出口２２ｂから帰還口２３を介し
て油圧源２０に帰還することになる。一方、スプール弁
２４が下降することにより、流入口２１ａが閉じ、流入
口２１ｂが開くと、油の流れはこれとは逆になる。Along with this, the other hydraulic cylinder 8b
Since the rod 10b of the hydraulic cylinder 8b moves backward,
The oil that has flowed into the oil is returned to the hydraulic power source 20 from the outflow port 22b via the return port 23. On the other hand, when the inflow port 21a is closed and the inflow port 21b is opened by lowering the spool valve 24, the oil flow is reversed.
【００２０】本実施例に係るマイクロコンピュータ（観
測手段）７では、既述した外乱ｄを以下のようにして演
算して推定外乱を求める。まず、外乱ｄを演算して推定
するにあたり、制御対象をあるモデルで特定しておく必
要がある。また、このモデリングを行う上で、（１）サ
ーボバルブとサーボアンプは比例要素として取り扱い、
（２）油の圧縮性は無視する。In the microcomputer (observation means) 7 according to this embodiment, the above-mentioned disturbance d is calculated as follows to obtain an estimated disturbance. First, in calculating and estimating the disturbance d, it is necessary to specify the control target with a certain model. Also, in performing this modeling, (1) treat the servo valve and servo amplifier as proportional elements,
(2) Ignore the compressibility of oil.
【００２１】図５において、 負荷流量：ｑL 、 負荷圧力：ｐL （＝ｐ1 −ｐ2 ）、 弁開度：ｚ、 サーボバルブの線形化パラメータ：Ｃp ，Ｃz 、 ピストンの断面積：Ａ、 ピニオンギアの半径：Ｒ、 管路内の油の等価慣性モーメントを含む負荷の慣性モー
メント：ＪL 、 関節の等価摩擦係数：Ｄ、 各油圧シリンダの内圧：ｐ1 ，ｐ2 としたときに、In FIG. 5, load flow rate: q L , load pressure: p L (= p 1 -p 2 ), valve opening: z, servo valve linearization parameters: C p , C z , piston cross-sectional area : A, pinion gear radius: R, load inertia moment including equivalent inertia moment of oil in pipe: J L , joint equivalent friction coefficient: D, internal pressure of each hydraulic cylinder: p 1 , p 2 sometimes,
【００２２】[0022]
【数１】 [Equation 1]
【００２３】これら（１）（２）（３）式を用いて、回
転角度フィードバック制御系の閉ループ伝達関数を求め
ると、モデルとして次の２次系で近似される。When the closed loop transfer function of the rotation angle feedback control system is obtained using these equations (1), (2) and (3), it is approximated by the following quadratic system as a model.
【００２４】[0024]
【数２】 [Equation 2]
【００２５】次に推定外乱＾ｄを演算する。本演算で
は、パラメータの変動やモデリングの近似度に起因する
モデルと実際のシステムの出力誤差は、すべて誤差信号
に重畳した外乱ｄに起因するものとみなして、この外乱
ｄを含むシステムの状態方程式を立てると、下記（５）
式のようになる。Next, the estimated disturbance ^ d is calculated. In this calculation, it is assumed that all output errors of the model and the actual system due to the fluctuation of parameters and the degree of modeling approximation are caused by the disturbance d superimposed on the error signal, and the state equation of the system including this disturbance d is expressed. When you stand up, the following (5)
It becomes like a formula.
【００２６】[0026]
【数３】 [Equation 3]
【００２７】これにより、推定外乱＾ｄは、下記（６）
式で与えられる。As a result, the estimated disturbance ^ d is given by the following (6)
Given by the formula.
【００２８】[0028]
【数４】 [Equation 4]
【００２９】なお、（６）式におけるハット＾は状態変
数の推定値を表わしている。また、ゲインＫは、 Ｋ＝［ｋ1 ｋ2 ｋ3 ］T で表わされ、推定外乱＾ｄの演算の正確性と安定性を決
める定数であり、例えば本実施例では推定外乱の極が３
重極となるように決定している。The hat ^ in the equation (6) represents the estimated value of the state variable. The gain K is represented by K = [k 1 k 2 k 3 ] T and is a constant that determines the accuracy and stability of the calculation of the estimated disturbance ^ d. For example, in the present embodiment, the pole of the estimated disturbance is Three
It has been decided to be a pole.
【００３０】上述した（６）式を、２次の微分方程式の
解法であるルンゲクッタ法を用いてマイクロコンピュー
タ７で演算して推定外乱＾ｄを求める。すなわち、
（６）式は（５）式を用いて、The above equation (6) is calculated by the microcomputer 7 using the Runge-Kutta method, which is a solution of the quadratic differential equation, to obtain the estimated disturbance ^ d. That is,
Using equation (5), equation (6)
【００３１】[0031]
【数５】 [Equation 5]
【００３２】と表わされるので、この（７）式を推定外
乱＾ｄについて解けばよい。求められた推定外乱＾ｄ
は、図６に示す如く、この推定外乱＾ｄを打ち消すよう
に入力値に加えられて修正されたのち、システムである
マニピュレータに出力される。[Mathematical formula-see original document] This equation (7) can be solved for the estimated disturbance ^ d. Obtained estimated disturbance ^ d
Is corrected by being added to the input value so as to cancel the estimated disturbance ^ d, as shown in FIG. 6, and then output to the manipulator which is the system.
【００３３】次に、図１に示す本発明の制御系に故意に
外乱を与えた場合の応答状態に付いて、比較例を挙げて
説明する。図６は、サーボバルブの中立点を故意に大き
くずらし、目標値９゜に対するステップ応答を観察した
結果を示すグラフであり、上図は図９に示す従来の制御
系、下図は図１に示す本発明の制御系をそれぞれ用いた
場合を示している。サーボバルブの中立点をずらすよう
な外乱としては、例えばスプール弁の摩耗による中立点
の変動などが想定される。サーボバルブの中立点が大き
くずれているため、従来の制御系を用いると大きな定常
偏差ｈが残るが、推定外乱＾ｄをフィードバックした本
発明の制御系では、このような定常偏差を打ち消すこと
ができ、定常特性が著しく向上することが理解される。Next, the response state in the case where a disturbance is intentionally given to the control system of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to a comparative example. FIG. 6 is a graph showing the results of observing the step response with respect to the target value 9 ° by intentionally shifting the neutral point of the servo valve. The upper diagram shows the conventional control system shown in FIG. 9, and the lower diagram shows FIG. The case where each of the control systems of the present invention is used is shown. As the disturbance that shifts the neutral point of the servo valve, for example, fluctuation of the neutral point due to wear of the spool valve is assumed. Since the neutral point of the servo valve is largely deviated, a large steady-state deviation h remains when the conventional control system is used, but such a steady-state deviation can be canceled by the control system of the present invention which feeds back the estimated disturbance ^ d. It can be seen that the steady-state characteristics are significantly improved.
【００３４】また、図７は、パラメータ変動に対する制
御系の有効性を確認するために、システムのループゲイ
ンをモデルの半分にした場合の結果を示すグラフであ
る。図７も同様に、上図は図９に示す従来の制御系、下
図は図１に示す本発明の制御系をそれぞれ用いた場合を
示している。従来の制御系を用いた場合には、システム
の立ち上がりｈが、モデル（本来の応答）に比べてかな
り遅くなっているが、本発明の制御系を用いた場合に
は、実際のシステムの過渡応答がモデルにきわめて近似
していることが理解される。FIG. 7 is a graph showing the results when the loop gain of the system is half that of the model in order to confirm the effectiveness of the control system with respect to parameter fluctuations. Similarly, FIG. 7 shows the case where the conventional control system shown in FIG. 9 is used, and the lower diagram shows the case where the control system of the present invention shown in FIG. 1 is used. When the conventional control system is used, the system start-up h is much slower than that of the model (original response), but when the control system of the present invention is used, the actual system transient It is understood that the response is very close to the model.
【００３５】図８は、実際のシステムの慣性負荷をモデ
ルの２．８倍にした場合の結果を示すグラフである。上
図は図９に示す従来の制御系、下図は図１に示す本発明
の制御系をそれぞれ用いた場合を示している。システム
の慣性負荷が変動するような外乱としては、例えばアー
ムの長さが変化した場合などが想定される。従来の制御
系を用いた場合には、角度応答が振動的になり（図８の
Ｈ部分）、整定までに時間がかかっている。これは、油
圧シリンダ８の材質が剛性の低い絶縁材であるため、油
の等価的な体積弾性係数が小さく、この体積弾性係数と
慣性で決定される系の共振周波数が低くなっているため
と考えられる。FIG. 8 is a graph showing the results when the inertial load of the actual system is 2.8 times that of the model. The upper diagram shows the case of using the conventional control system shown in FIG. 9, and the lower diagram shows the case of using the control system of the present invention shown in FIG. As the disturbance in which the inertial load of the system changes, for example, a case where the length of the arm changes is assumed. When the conventional control system is used, the angular response becomes oscillatory (part H in FIG. 8), and it takes time to settle. This is because the material of the hydraulic cylinder 8 is an insulating material having low rigidity, so that the equivalent bulk modulus of oil is small and the resonance frequency of the system determined by this bulk modulus and inertia is low. Conceivable.
【００３６】これに対して、本発明の制御系を用いた場
合には、回転角度応答の振動がなく、安定した過渡応答
となるうえ、整定時間も短くなっていることが理解され
る。したがって、配電工事作業用マニピュレータのよう
に、絶縁材でアクチュエータを構成する必要がある場合
には、特に本発明の制御装置が効果的であるといえる。On the other hand, when the control system of the present invention is used, it is understood that there is no rotation angle response vibration, a stable transient response is obtained, and the settling time is shortened. Therefore, it can be said that the control device of the present invention is particularly effective when the actuator needs to be made of an insulating material such as a manipulator for distribution work.
【００３７】このように本発明の制御装置によれば、関
節角度の位置決めを行う際に生じる定常偏差をなくすこ
とができ、パラメータ変動が生じた場合にも常に一定の
過渡応答を得ることができる。As described above, according to the control device of the present invention, it is possible to eliminate the steady deviation that occurs when positioning the joint angle, and it is possible to always obtain a constant transient response even when the parameter changes. .
【００３８】以上説明した実施例は、本発明の理解を容
易にするために記載されたものであって、本発明を限定
するために記載されたものではない。したがって、上記
の実施例に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に
属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。The embodiments described above are provided for facilitating the understanding of the present invention and not for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above-described embodiments is intended to include all design changes and equivalents within the technical scope of the present invention.
【００３９】例えば、マニピュレータを構成するにあた
り、上述した実施例ではマスターアームを用いたマスタ
ースレーブ方式の操縦形マニピュレータを採用したが、
マスターアームによらずともコンピュータを用いた計算
による運動指令や、ジョイスティックを用いた運動指令
であってもよい。さらに、本発明の制御装置は、操縦形
マニピュレータにのみ限定されることはない。For example, in constructing the manipulator, in the above-described embodiment, the master-slave type manipulator of the master-slave system is adopted.
It may be a motion command calculated by using a computer or a motion command using a joystick instead of the master arm. Furthermore, the control device of the present invention is not limited to manipulators of manipulating type.
【００４０】また、上述した実施例では、関節の伝達関
数（（４）式参照）を２次系で近似したが、これは１次
系、３次系、あるいはそれ以上の高次の伝達関数で近似
することもできる。さらに、マニピュレータに設けられ
る関節は６軸にのみ限定されることなく、複数軸であれ
ばよく、また全ての軸が油圧駆動である必要はなく少な
くとも一つの関節が油圧駆動であればよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the transfer function of the joint (see the equation (4)) is approximated by a quadratic system, but this is a linear system, a tertiary system, or a higher order transfer function. Can also be approximated by. Further, the joints provided in the manipulator are not limited to only six axes, but may be multiple axes, and not all the axes need to be hydraulically driven, and at least one joint may be hydraulically driven.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、関節
に与えられる入力値と、この入力値により生じる関節の
出力値とに基づいて、関節の制御系に加わっている外乱
を演算して推定し、この演算された推定外乱を打ち消す
ように関節の入力値に修正を加えるように構成している
ので、システム安定性を損なわずに定常偏差をなくし、
優れた過渡応答特性と高精度位置決めを実現することが
できる。As described above, according to the present invention, the disturbance applied to the joint control system is calculated based on the input value given to the joint and the output value of the joint generated by this input value. Since it is configured to correct the input value of the joint so as to cancel this estimated disturbance calculated, the steady-state deviation is eliminated without impairing system stability,
Excellent transient response characteristics and highly accurate positioning can be realized.
【図１】本発明の制御系の基本構成を示すブロック線図
である。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a control system of the present invention.
【図２】本発明の制御装置を適用したマニピュレータを
示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a manipulator to which the control device of the present invention is applied.
【図３】図２に示すマニピュレータの制御系の要部構成
を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of a control system of the manipulator shown in FIG.
【図４】本発明の制御系を具体化した装置構成図であ
る。FIG. 4 is a device configuration diagram embodying a control system of the present invention.
【図５】図４に示す実施例の要部を示す構成図である。5 is a configuration diagram showing a main part of the embodiment shown in FIG.
【図６】図４に示す実施例においてサーボバルブの中立
点を故意に変動させた場合の応答状態を示すグラフであ
る。FIG. 6 is a graph showing a response state when the neutral point of the servo valve is intentionally changed in the embodiment shown in FIG.
【図７】図４に示す実施例においてループゲインを故意
に変動させた場合の応答状態を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a response state when the loop gain is intentionally changed in the embodiment shown in FIG.
【図８】図４に示す実施例において慣性負荷を故意に変
動させた場合の応答状態を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a response state when the inertial load is intentionally changed in the embodiment shown in FIG.
【図９】従来のロボットの関節回転角度の制御系を示す
ブロック線図である。FIG. 9 is a block diagram showing a control system for a joint rotation angle of a conventional robot.
４…マスターアーム ５…スレーブアーム ６…高圧送電線 ７…マイクロコンピュータ（観測手段） ８…油圧シリンダ １９…サーボバルブ Ｓ…関節 4 ... Master arm 5 ... Slave arm 6 ... High-voltage power transmission line 7 ... Microcomputer (observation means) 8 ... Hydraulic cylinder 19 ... Servo valve S ... Joint
フロントページの続き (72)発明者 虎谷 智明 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 沼波 正衛 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 青沼 芳徳 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 山本 敏郎 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内Front page continued (72) Inventor Tomoaki Toraya Marunouchi 2-6-1, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masae Numanami 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshinori Aonuma 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. (72) Inventor Toshiro Yamamoto 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Industry Co., Ltd.
Claims (3)
を備えたマニピュレータの動作を制御する制御装置であ
って、 前記関節に与えられる入力値と、この入力値により生じ
る前記関節の出力値とに基づいて、前記関節の制御系に
加わっている外乱を演算して推定し、この演算された推
定外乱を打ち消すように前記関節の入力値に修正を加え
る観測手段を有することを特徴とするマニピュレータの
制御装置。1. A control device for controlling the operation of a manipulator having at least one joint driven by a fluid, which is based on an input value given to the joint and an output value of the joint generated by this input value. And estimating the disturbance applied to the control system of the joint, and observing means for correcting the input value of the joint so as to cancel the estimated disturbance calculated, control of the manipulator apparatus.
節の角度、位置、角速度、速度、角加速度、加速度、外
力、トルク、圧力のうちの少なくとも一つであることを
特徴とする請求項１に記載のマニピュレータの制御装
置。2. The input value and the output value of the joint are at least one of an angle, a position, an angular velocity, a velocity, an angular acceleration, an acceleration, an external force, a torque, and a pressure of the joint. The control device for a manipulator according to Item 1.
節に加わる負荷の変動、流量調整弁または圧力調整弁の
中立点の変動、電流調節器の中立点の変動、前記関節以
外の関節の動作にともなう反動のうちの少なくとも一つ
であることを特徴とする請求項１または２に記載のマニ
ピュレータの制御装置。3. A disturbance applied to the control system of the joint is a fluctuation of a load applied to the joint, a fluctuation of a neutral point of a flow rate control valve or a pressure control valve, a fluctuation of a neutral point of a current regulator, and a joint other than the joint. The control device for a manipulator according to claim 1 or 2, wherein the control device is at least one of the recurrences associated with the operation of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30947192A JPH06297368A (en) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | Controller for manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30947192A JPH06297368A (en) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | Controller for manipulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06297368A true JPH06297368A (en) | 1994-10-25 |
Family
ID=17993394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30947192A Pending JPH06297368A (en) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | Controller for manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06297368A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046500A1 (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Keio University | Remote control system for transmitting and receiving signals via communication path having communication delay |
| JP2016089961A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 国立大学法人 東京大学 | Electrostatic hydraulic actuator and parameter estimation method in electrostatic hydraulic actuator |
| CN107249500A (en) * | 2015-05-29 | 2017-10-13 | 奥林巴斯株式会社 | Medical manipulator system |
| CN113492407A (en) * | 2021-07-22 | 2021-10-12 | 中广核研究院有限公司 | Control system, control method, computer device, and storage medium |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP30947192A patent/JPH06297368A/en active Pending
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| US10537398B2 (en) | 2015-05-29 | 2020-01-21 | Olympus Corporation | Medical manipulator system |
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