JPH0638212B2 - 物体の位置制御装置 - Google Patents
物体の位置制御装置Info
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- JPH0638212B2 JPH0638212B2 JP61191138A JP19113886A JPH0638212B2 JP H0638212 B2 JPH0638212 B2 JP H0638212B2 JP 61191138 A JP61191138 A JP 61191138A JP 19113886 A JP19113886 A JP 19113886A JP H0638212 B2 JPH0638212 B2 JP H0638212B2
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- motor
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、産業用ロボツトなどのような剛性の低い物体
の位置指令値に対する追従性を良くし、その結果、軌跡
精度の向上を図ることのできる産業用ロボツトなどの物
体の位置制御装置に関する。
の位置指令値に対する追従性を良くし、その結果、軌跡
精度の向上を図ることのできる産業用ロボツトなどの物
体の位置制御装置に関する。
背景技術 ロボツトを高速で動作させると、サーボ系の追従誤差が
大きくなり、軌跡精度が悪化する。これはロボツトの各
関節にリンク相互の干渉力をはじめ、遠心力、コリオリ
力、重力、摩擦力等が作用するためである。これらの力
を数式モデルより算出し、フイードフオワード補償する
制御方式は一般に動的制御と呼ばれる。この制御方式は
数式モデルが系を完全に表現しているならば、系の動特
性改善に著しい効果をもたらし得る。しかしながら従来
の動的制御は、制御対象のロボツトを剛体モデルで記述
しているため、モデルと実際の系との誤差が大きく、動
的制御本来の威力を発揮しているとはいえない。すなわ
ち、現在の多関節ロボツトは、アーム自身およびモータ
とアーム間のトルク伝達機構の剛性が低く、これがロボ
ツトの移動、停止の際の残留振動を誘起している。
大きくなり、軌跡精度が悪化する。これはロボツトの各
関節にリンク相互の干渉力をはじめ、遠心力、コリオリ
力、重力、摩擦力等が作用するためである。これらの力
を数式モデルより算出し、フイードフオワード補償する
制御方式は一般に動的制御と呼ばれる。この制御方式は
数式モデルが系を完全に表現しているならば、系の動特
性改善に著しい効果をもたらし得る。しかしながら従来
の動的制御は、制御対象のロボツトを剛体モデルで記述
しているため、モデルと実際の系との誤差が大きく、動
的制御本来の威力を発揮しているとはいえない。すなわ
ち、現在の多関節ロボツトは、アーム自身およびモータ
とアーム間のトルク伝達機構の剛性が低く、これがロボ
ツトの移動、停止の際の残留振動を誘起している。
発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、電動機から物体へ動力を伝達する動力
伝達機構などにおける低剛性部分に起因する加減速時の
振動を抑制することができるようにした物体の位置制御
装置を提供することである。
伝達機構などにおける低剛性部分に起因する加減速時の
振動を抑制することができるようにした物体の位置制御
装置を提供することである。
問題点を解決するための手段 本発明は、電動機１の軸に、回転速度検出器４および回
転角度検出器３が結合されるとともに減速歯車５が結合
され、該減速歯車５の出力軸がトルク伝達機構６を介し
てアーム７を駆動するような構造を有する産業用ロボツ
トと、 アーム７の加速度指令値（ａ）ｒ、速度指令値（
ａ）ｒおよび位置指令値（θａ）ｒを発生する手段と、 演算部１５であつて、前記発生手段からの加速度指令値
（ａ）ｒ、速度指令値（ａ）ｒおよび位置指令値
（θａ）ｒから、電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒ
と、電動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和を算出
するとともに、電動機回転速度の指令値（θｍ）ｒを算
出する演算部１５と、 前記回転角度の指令値（θｍ）ｒから回転角度検出器３
によつて検出される電動機回転変位θｍの出力を減算す
る第１減算器１９と、 電動機電流指令値ｕを導出する第２減算器１８と、 前記電動機１の回転子、減速歯車５、トルク伝達機構６
およびアーム７によつて構成される軸系をばねと剛体と
から成る系と仮定し、電動機電流指令値ｕ、電動機回転
変位θｍ、および電動機回転速度ｍから、前記ばねと
剛体とから成る系のねじれ角度の推定値θｓと、そのね
じれ角度の時間微分値の推定値ｓとを求める状態観測
器１１と、 前記ねじれ角の推定値θｓと前記時間微分値の推定値
ｓとを加算する加算器１６，１７とを含み、 第２減算器１８は、第１減算器１９の出力と、演算部１
５からの電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒと電動機
回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの前記和とを加算し、
その加算値から、回転角度検出器４の出力ｍと加算器
１６，１７の出力とを減算して前記電動機電流指令値ｕ
を導出して電動機１に与えることを特徴とする物体の位
置制御装置である。
転角度検出器３が結合されるとともに減速歯車５が結合
され、該減速歯車５の出力軸がトルク伝達機構６を介し
てアーム７を駆動するような構造を有する産業用ロボツ
トと、 アーム７の加速度指令値（ａ）ｒ、速度指令値（
ａ）ｒおよび位置指令値（θａ）ｒを発生する手段と、 演算部１５であつて、前記発生手段からの加速度指令値
（ａ）ｒ、速度指令値（ａ）ｒおよび位置指令値
（θａ）ｒから、電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒ
と、電動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和を算出
するとともに、電動機回転速度の指令値（θｍ）ｒを算
出する演算部１５と、 前記回転角度の指令値（θｍ）ｒから回転角度検出器３
によつて検出される電動機回転変位θｍの出力を減算す
る第１減算器１９と、 電動機電流指令値ｕを導出する第２減算器１８と、 前記電動機１の回転子、減速歯車５、トルク伝達機構６
およびアーム７によつて構成される軸系をばねと剛体と
から成る系と仮定し、電動機電流指令値ｕ、電動機回転
変位θｍ、および電動機回転速度ｍから、前記ばねと
剛体とから成る系のねじれ角度の推定値θｓと、そのね
じれ角度の時間微分値の推定値ｓとを求める状態観測
器１１と、 前記ねじれ角の推定値θｓと前記時間微分値の推定値
ｓとを加算する加算器１６，１７とを含み、 第２減算器１８は、第１減算器１９の出力と、演算部１
５からの電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒと電動機
回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの前記和とを加算し、
その加算値から、回転角度検出器４の出力ｍと加算器
１６，１７の出力とを減算して前記電動機電流指令値ｕ
を導出して電動機１に与えることを特徴とする物体の位
置制御装置である。
作 用 本発明に従えば、ばねと剛体とから成る系と仮定して演
算部１５で、電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒと電
動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和を算出すると
ともに、電動機回転角の指令値（θｍ）ｒを算出し、前
記和は、第２減算器１８に与えられ、こうしてトクルレ
ベルで逆位相的にフイードフオワード制御を行うように
したので、前記各指令値に対して時間遅れをなくして、
アーム７の位置制御を行うことができるようになる。
算部１５で、電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒと電
動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和を算出すると
ともに、電動機回転角の指令値（θｍ）ｒを算出し、前
記和は、第２減算器１８に与えられ、こうしてトクルレ
ベルで逆位相的にフイードフオワード制御を行うように
したので、前記各指令値に対して時間遅れをなくして、
アーム７の位置制御を行うことができるようになる。
実施例 第１図は、本発明の一実施例の構成を簡略化して示す斜
視図である。電動機１は、駆動回路２の電流指令値u に
より駆動され、その回転子ないしは、出力軸１a は減速
機５に取付けられる。減速機５の出力軸は、トルク伝達
機構６を通じてロボツトのアーム７につながる。第１図
の構成を以下に制御対象と称する。
視図である。電動機１は、駆動回路２の電流指令値u に
より駆動され、その回転子ないしは、出力軸１a は減速
機５に取付けられる。減速機５の出力軸は、トルク伝達
機構６を通じてロボツトのアーム７につながる。第１図
の構成を以下に制御対象と称する。
第２図は、第１図の構成の機械的に等価な構成を示す斜
視図である。減速機５、トルク伝達機構６、およびアー
ム７の有するばね特性に着目すれば、第１図の制御対象
はモータ１の出力軸１a に結合されたばね９と、ばね９
の先端に結合された剛体アーム１０から成る構成と等価
である。ロボツトの各軸を第２図に示すようなばね−剛
体系とみなしたとき、n自由度の多関節ロボツトの第iア
ームの運動は以下の微分方程式で記述される。
視図である。減速機５、トルク伝達機構６、およびアー
ム７の有するばね特性に着目すれば、第１図の制御対象
はモータ１の出力軸１a に結合されたばね９と、ばね９
の先端に結合された剛体アーム１０から成る構成と等価
である。ロボツトの各軸を第２図に示すようなばね−剛
体系とみなしたとき、n自由度の多関節ロボツトの第iア
ームの運動は以下の微分方程式で記述される。
上記の第１式と第２式の各記号の意味は、以下のとおり
である。ただし以降では全て第i アームを意味する添字
のi は省いて説明する。
である。ただし以降では全て第i アームを意味する添字
のi は省いて説明する。
θm ； 電動機回転角度 m ； 電動機回転角速度 m ； 電動機回転角加速度 θa ； アーム回転角度 a ； アーム回転角速度 a ； アーム回転角加速度 Ｋc ； ばね定数 ＲＧ ； 減速比 Ｄm ； 電動機側粘性摩擦係数 Ｄa ； アーム側粘性摩擦係数 Ｊm ； 電動機慣性モーメント Ｎm ； 電動機出力トルク Ｊj ； 慣性行列の成分 bjk ； 遠心力・コリオリ力の項の係数 fg ； 重力項 動的制御に必要なトルクを求めるには、アーム１０の加
速度指令値(a)r、速度指令値(a)rおよび位置指令値
(θa)rより電動機出力トルク指令値(Ｎm)rを算出すれば
よい。添字rは指令値を表わす。第１式の右辺をf(θ)
とおけば、第１式と第２式とより、 が成立する。f(θ) の各項は指令値が与えられれば、こ
れをθa,a,aに代入すれば既知となるから、あとは
電動機１の回転角度指令値、回転角速度指令値および回
転角加速度指令値(θm)r,(m)r,(m)rを求める必要が
ある。これは第１式を微分していくことにより得られ
る。
速度指令値(a)r、速度指令値(a)rおよび位置指令値
(θa)rより電動機出力トルク指令値(Ｎm)rを算出すれば
よい。添字rは指令値を表わす。第１式の右辺をf(θ)
とおけば、第１式と第２式とより、 が成立する。f(θ) の各項は指令値が与えられれば、こ
れをθa,a,aに代入すれば既知となるから、あとは
電動機１の回転角度指令値、回転角速度指令値および回
転角加速度指令値(θm)r,(m)r,(m)rを求める必要が
ある。これは第１式を微分していくことにより得られ
る。
(θm)r＝(f(θ )／Ｋc＋(θa)r)ＲＧ …(４) (m)r＝((θ )／Ｋc＋(a)r)ＲＧ …(５) (m)r＝((θ )／Ｋc＋(a)r)ＲＧ …(６) 第４式、第５式および第６式を第３式に代入すればトル
ク指令値は求まる。
ク指令値は求まる。
さらに本発明の実施例では第３図のように状態観測器１
１を用いて、電動機１の出力軸１a とアーム１０間のば
ね要素の歪み、およびその微分すなわち時間変化率のフ
イードバツクループを構成しているため、歪みおよびそ
の微分の指令値を計算しフイードフオワードする必要が
ある。この状態観測器１１は、電流指令値u と電動機１
の速度測定値mとを用いて、歪み量θsとその歪み量θ
sの時間変化率sとを推定する最小次数オブザーバを用
いて実現することができる。歪み量をθs とおくと、 と表されるので、第１式を変形すると (θs)r＝f(θ )／Ｋc …(８) が得られる。さらにこれを微分して、 (s)r＝(θ)／Ｋc …(９) を得る。以上より、動的制御に必要なトルク指令値と、
速度、歪みおよびその微分の各フイードバツク量の指令
値を加え合せた全フイードフオワード量(Ｎmf)rは第１
０式により与えられる。
１を用いて、電動機１の出力軸１a とアーム１０間のば
ね要素の歪み、およびその微分すなわち時間変化率のフ
イードバツクループを構成しているため、歪みおよびそ
の微分の指令値を計算しフイードフオワードする必要が
ある。この状態観測器１１は、電流指令値u と電動機１
の速度測定値mとを用いて、歪み量θsとその歪み量θ
sの時間変化率sとを推定する最小次数オブザーバを用
いて実現することができる。歪み量をθs とおくと、 と表されるので、第１式を変形すると (θs)r＝f(θ )／Ｋc …(８) が得られる。さらにこれを微分して、 (s)r＝(θ)／Ｋc …(９) を得る。以上より、動的制御に必要なトルク指令値と、
速度、歪みおよびその微分の各フイードバツク量の指令
値を加え合せた全フイードフオワード量(Ｎmf)rは第１
０式により与えられる。
(Ｎmf)r＝(Ｎm)r＋Ｋv(m)r＋Ｋps(θs)r ＋Ｋvs(s)r ＝f(θ)/ＲＧ＋ＪmＲＧ(a)r＋(Ｋv ＋Ｄm)ＲＧ(a)r＋[ＪmＲＧ(θ) ＋((Ｋv＋Ｄm)ＲＧ＋Ｋvs)(θ) ＋Ｋpsf(θ)]／Ｋc …(10) ここに、Ｋv,Ｋps,Ｋvsは、係数回路１２，１３，１４
におけるそれぞれ速度、歪みおよび歪みの微分の各フイ
ードバツクゲインである。演算部１５に(θa)r,(a)r,
(a)rが与えられたときに、これらを第１０式に代入し
て得られる値を、状態観測器１１を用いたフイードバツ
ク制御系の駆動回路入力に加算することにより、本発明
の制御系を構成することができる。uは駆動回路入力、
Ｋpは位置ループゲインである。参照符１６,１７,１８
および１９は、演算器を示し、参照符２０はゲインＫp
を有する係数器であり、機構２１は第１図に示される電
動機１、減速機５、トルク伝達機構６およびアーム７な
どを含む機械的構成を示す。この第３図においてフイー
ドフオワード量(Ｎmf)rは、第１１式で示される。
におけるそれぞれ速度、歪みおよび歪みの微分の各フイ
ードバツクゲインである。演算部１５に(θa)r,(a)r,
(a)rが与えられたときに、これらを第１０式に代入し
て得られる値を、状態観測器１１を用いたフイードバツ
ク制御系の駆動回路入力に加算することにより、本発明
の制御系を構成することができる。uは駆動回路入力、
Ｋpは位置ループゲインである。参照符１６,１７,１８
および１９は、演算器を示し、参照符２０はゲインＫp
を有する係数器であり、機構２１は第１図に示される電
動機１、減速機５、トルク伝達機構６およびアーム７な
どを含む機械的構成を示す。この第３図においてフイー
ドフオワード量(Ｎmf)rは、第１１式で示される。
(Ｎmf)r＝(Ｎm)r＋Ｋv(m)r＋Ｋps(θs)r ＋Ｋvs(s)r …(11) なお、第１０式中、値が小さく全体への影響が少ない項
Ｄm などを無視して計算を簡略化することも可能であ
る。
Ｄm などを無視して計算を簡略化することも可能であ
る。
効 果 以上のように本発明によれば、産業用ロボツトの動力伝
達部などの低剛性部分に起因する加減速時の振動を抑制
することが可能となり、しかも追従性の優れた応答を実
現することができる。
達部などの低剛性部分に起因する加減速時の振動を抑制
することが可能となり、しかも追従性の優れた応答を実
現することができる。
特に本発明によれば、演算部１５では、アーム７の加速
度指令値（ａ）ｒ、速度指令値（ａ）ｒおよび位置
指令値（θａ）ｒから、電動機出力トルクの指令値（Ｎ
ｍ）ｒと、電動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和
を算出して第２減算器１８に与えてトルクレベルで逆位
相的に加えることによつてアーム７の位置制御を、前記
指令値に対して時間遅れなく、駆動することが可能にな
る。
度指令値（ａ）ｒ、速度指令値（ａ）ｒおよび位置
指令値（θａ）ｒから、電動機出力トルクの指令値（Ｎ
ｍ）ｒと、電動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和
を算出して第２減算器１８に与えてトルクレベルで逆位
相的に加えることによつてアーム７の位置制御を、前記
指令値に対して時間遅れなく、駆動することが可能にな
る。
さらに本発明によれば、状態観察器１１および加算器１
６，１７を用い、速度に関するフイードバツク制御を行
い、こうして優れた制御性能を実現することができる。
しかもアーム回転変位およびアーム回転速度のようにセ
ンサで直接計測することができない状態量を、状態加算
器１１で推定して求めるようにし、これによつて構成を
簡略化することもまた可能である。
６，１７を用い、速度に関するフイードバツク制御を行
い、こうして優れた制御性能を実現することができる。
しかもアーム回転変位およびアーム回転速度のようにセ
ンサで直接計測することができない状態量を、状態加算
器１１で推定して求めるようにし、これによつて構成を
簡略化することもまた可能である。
第１図は本発明の一実施例の構成を簡略化して示す斜視
図、第２図は本発明のばね一慣性系のモデルを示す斜視
図、第３図は本発明の実施例のブロツク図である。 １……電動機、２……駆動回路、５……減速機、６……
トルク伝達機構、７……アーム、１１……状態観測器、
１２,１３,１４,２０……係数器、１５……演算部、１
６,１７,１８,１９……演算器
図、第２図は本発明のばね一慣性系のモデルを示す斜視
図、第３図は本発明の実施例のブロツク図である。 １……電動機、２……駆動回路、５……減速機、６……
トルク伝達機構、７……アーム、１１……状態観測器、
１２,１３,１４,２０……係数器、１５……演算部、１
６,１７,１８,１９……演算器
フロントページの続き (72)発明者 久保 貞夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭58−3001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−69712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−255415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−231205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39110（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】電動機１の軸に、回転速度検出器４および
回転角度検出器３が結合されるとともに減速歯車５が結
合され、該減速歯車５の出力軸がトルク伝達機構６を介
してアーム７を駆動するような構造を有する産業用ロボ
ツトと、 アーム７の加速度指令値（ａ）ｒ、速度指令値（
ａ）ｒおよび位置指令値（θａ）ｒを発生する手段と、 演算部１５であつて、前記発生手段からの加速度指令値
（ａ）ｒ、速度指令値（ａ）ｒおよび位置指令値
（θａ）ｒから、電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒ
と、電動機回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの和を算出
するとともに、電動機回転速度の指令値（θｍ）ｒを算
出する演算部１５と、 前記回転角度の指令値（θｍ）ｒから回転角度検出器３
によつて検出される電動機回転変位θｍの出力を減算す
る第１減算器１９と、 電動機電流指令値ｕを導出する第２減算器１８と、 前記電動機１の回転子、減速歯車５、トルク伝達機構６
およびアーム７によつて構成される軸系をばねと剛体と
から成る系と仮定し、電動機電流指令値ｕ、電動機回転
変位θｍ、および電動機回転速度ｍから、前記ばねと
剛体とから成る系のねじれ角度の推定値θｓと、そのね
じれ角度の時間微分値の推定値ｓとを求める状態観測
器１１と、 前記ねじれ角の推定値θｓと前記時間微分値の推定値
ｓとを加算する加算器１６，１７とを含み、 第２減算器１８は、第１減算器１９の出力と、演算部１
５からの電動機出力トルクの指令値（Ｎｍ）ｒと電動機
回転角速度の指令値（ｍ）ｒとの前記和を加算し、そ
の加算値から、回転角度検出器４の出力ｍと加算器１
６，１７の出力とを減算して前記電動機電流指令値ｕを
導出して電動機１に与えることを特徴とする物体の位置
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61191138A JPH0638212B2 (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | 物体の位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61191138A JPH0638212B2 (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | 物体の位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6346521A JPS6346521A (ja) | 1988-02-27 |
| JPH0638212B2 true JPH0638212B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16269518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61191138A Expired - Lifetime JPH0638212B2 (ja) | 1986-08-14 | 1986-08-14 | 物体の位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638212B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2798217B2 (ja) * | 1989-07-27 | 1998-09-17 | 三菱重工業株式会社 | 高速位置決め制御方法 |
| JP2706743B2 (ja) * | 1990-08-31 | 1998-01-28 | 株式会社椿本チエイン | ベルト伝動機構の制御方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583001A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-08 | Fujitsu Ltd | ロボツト制御方式 |
| JPS6069712A (ja) * | 1983-09-27 | 1985-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 振動制御装置 |
| JPS60231205A (ja) * | 1984-04-28 | 1985-11-16 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 位置決め制御における機械的振動の抑制方法 |
| US4603284A (en) * | 1984-06-05 | 1986-07-29 | Unimation, Inc. | Control system for manipulator apparatus with resolved compliant motion control |
| JPH07120212B2 (ja) * | 1985-05-07 | 1995-12-20 | 川崎重工業株式会社 | 産業用ロボットの制御装置 |
-
1986
- 1986-08-14 JP JP61191138A patent/JPH0638212B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6346521A (ja) | 1988-02-27 |
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