JPH0780786A - Impedance control device of robot - Google Patents
Impedance control device of robotInfo
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- JPH0780786A JPH0780786A JP25479393A JP25479393A JPH0780786A JP H0780786 A JPH0780786 A JP H0780786A JP 25479393 A JP25479393 A JP 25479393A JP 25479393 A JP25479393 A JP 25479393A JP H0780786 A JPH0780786 A JP H0780786A
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- manipulator
- damping coefficient
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インピーダンス制御
(コンプライアンス制御ともいう)を行なうロボットの
インピーダンス制御装置に関し、特に速度制限機能を有
する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot impedance control device for performing impedance control (also referred to as compliance control), and more particularly to a device having a speed limiting function.
【0002】[0002]
【従来の技術】インピーダンス制御は、マニピュレータ
先端の位置とマニピュレータ先端に作用する力とを用い
てマニピュレータに柔軟な動作をさせるための制御手法
である。この制御手法は以下の特性方程式で表される。2. Description of the Related Art Impedance control is a control method for causing a manipulator to perform a flexible operation by using the position of the manipulator tip and the force acting on the manipulator tip. This control method is expressed by the following characteristic equation.
【0003】[0003]
【数1】 [Equation 1]
【0004】ここで、Mは仮想慣性特性係数、Dは仮想
ダンピング係数、Kは仮想バネ係数、Fはマニピュレー
タ先端に作用する力、xはマニピュレータ先端の現在位
置、x0 は目標位置を表している。マニピュレータ先端
に作用する力Fを力センサによって測定し、(1) 式に従
ってマニピュレータを制御する。一般にはマニピュレー
タが追従すべき位置x(t) を (1)式より求めて位置制御
を行なう。すなわち、Here, M is a virtual inertial characteristic coefficient, D is a virtual damping coefficient, K is a virtual spring coefficient, F is a force acting on the tip of the manipulator, x is a current position of the tip of the manipulator, and x 0 is a target position. There is. The force F acting on the tip of the manipulator is measured by a force sensor, and the manipulator is controlled according to the equation (1). Generally, the position control is performed by obtaining the position x (t) to be followed by the manipulator from the equation (1). That is,
【0005】[0005]
【数2】 [Equation 2]
【0006】とおき、これらを(1)式に代入してx
(t) について解くと(3)式を得る。x(t)は次の制御
サイクルの目標指令である。ここで、x(t-1) は1つ前
の制御サイクルでの位置を示している。By substituting these into the equation (1), x
Solving for (t), we obtain (3). x (t) is the target command for the next control cycle. Here, x (t-1) indicates the position in the previous control cycle.
【0007】[0007]
【数3】 [Equation 3]
【0008】従来のインピーダンス制御では、M,D,
Kの値を一定にして制御を行なっているので、マニピュ
レータ先端の速度は、1つ前の制御サイクルでの位置と
今回の制御サイクルでの目標指令と制御サイクルによっ
て決まる。一方、特開平5−189008号公報では、
上記パラメータの値を力検出器で検出した力に基づいて
変化させるものが開示されている。In conventional impedance control, M, D,
Since the control is performed while keeping the value of K constant, the speed of the tip of the manipulator is determined by the position in the previous control cycle, the target command in the current control cycle, and the control cycle. On the other hand, in JP-A-5-189008,
It is disclosed that the value of the parameter is changed based on the force detected by the force detector.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、マニピュレータ先端の速度をある一定の値に保とう
とすると(3)式の目標位置xo の速度が一定になるよ
うな目標指令をわざわざ作成してやる必要があった。ま
た、制御の初期状態において目標指令と現在位置とが大
きく異なっているような場合に、過大な速度が発生する
という問題点があった。この問題は特開平5−1890
08号公報の技術でも同様である。そこで本発明は、上
記の問題点を解決するために、不連続な目標指令を与え
ても設定された速度で目標位置および姿勢に追従させる
制御が可能となる制御装置を提供することを目的として
いる。However, in the prior art, it is necessary to purposely create a target command such that the speed of the target position xo of the formula (3) becomes constant when the speed of the manipulator tip is kept at a certain constant value. was there. Further, there is a problem that an excessive speed is generated when the target command and the current position are largely different in the initial state of control. This problem is related to JP-A-5-1890.
The same is true of the technique of the '08 publication. Therefore, in order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a control device capable of controlling the target position and the posture to follow at a set speed even if a discontinuous target command is given. There is.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、制御位置の速度と姿勢の回転速度に制限
値を設定する速度制限値設定手段と、インピーダンス制
御されるマニピュレータの速度が設定された制限値を越
えないように仮想ダンピング係数を補正する手段とを設
けたことを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a speed limit value setting means for setting a limit value for the speed of a control position and the rotational speed of an attitude, and the speed of an impedance-controlled manipulator. And a means for correcting the virtual damping coefficient so as not to exceed the set limit value.
【0011】[0011]
【作用】上記手段により、マニピュレータ先端の制御位
置の速度と姿勢の回転角度が設定された制限値を越えな
いように制御される。すなわち、ある一定の値に保ちた
い場合に、目標指令に手を加えて速度が一定になるよう
な補正目標指令を作り出したりせずに速度をある一定の
値に保つことができる。By the above means, the speed of the control position of the manipulator tip and the rotation angle of the posture are controlled so as not to exceed the set limit values. That is, when it is desired to maintain a certain constant value, it is possible to maintain the velocity at a certain constant value without modifying the target instruction to generate a corrected target instruction that makes the velocity constant.
【0012】[0012]
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。図1はロボッ
ト(マニピュレータ)本部分と、ロボット制御装置内の
本発明に関係する部分とを示すものである。インピーダ
ンス制御部1は仮想慣性特性係数Mと仮想ダンピング係
数D及び仮想バネ係数Kを設定するためのパラメータ設
定部2と、速度制限値設定部3と、現在速度と制限速度
との比を計算する速度比計算部4と、速度比に基づき仮
想ダンピング係数の増加分を計算する増加分計算部5
と、実際の目標指令(位置指令)を計算する目標指令計
算部6から構成される。位置制御部7は前記位置指令か
らマニピュレータを駆動する。マニピュレータ8の先端
に取り付けた力センサ9によって対象物に加わる力(外
力)の大きさを測定し、(3)式より次の制御サイクル
でのマニピュレータの目標指令を計算し、1つ前の制御
サイクルとその目標指令から速度を計算して制限速度と
比較し、その速度比に基づいて仮想ダンピング係数Dを
増減して実際の速度が制限速度を越えないようにする。
今、マニピュレータの制御を制御サイクルTで行なって
いるとすると、速度Vは以下の式のようになる。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a main portion of a robot (manipulator) and a portion related to the present invention in a robot controller. The impedance control unit 1 calculates a virtual inertia characteristic coefficient M, a parameter setting unit 2 for setting the virtual damping coefficient D and the virtual spring coefficient K, a speed limit value setting unit 3, and a ratio between the current speed and the speed limit. The speed ratio calculation unit 4 and the increment calculation unit 5 that calculates the increment of the virtual damping coefficient based on the speed ratio.
And a target command calculator 6 that calculates an actual target command (position command). The position controller 7 drives the manipulator based on the position command. The magnitude of the force (external force) applied to the object is measured by the force sensor 9 attached to the tip of the manipulator 8, the target command of the manipulator in the next control cycle is calculated from the equation (3), and the previous control is performed. The speed is calculated from the cycle and its target command and compared with the speed limit, and the virtual damping coefficient D is increased or decreased based on the speed ratio so that the actual speed does not exceed the speed limit.
Now, assuming that the manipulator is controlled in the control cycle T, the speed V is given by the following equation.
【0013】[0013]
【数4】 [Equation 4]
【0014】(3) 式よりFrom equation (3)
【0015】[0015]
【数5】 [Equation 5]
【0016】したがって仮想ダンピング係数Dを大きく
すれば速度Vは小さくなる。ここで、仮想ダンピング係
数の増加分をΔDとし、仮想ダンピング係数を増加させ
たために速度Vより小さくなった実際の速度をV' とお
いて、速度Vと実際の速度V' との比Vr を考えると、Therefore, if the virtual damping coefficient D is increased, the speed V is decreased. Here, the increase amount of the virtual damping coefficient is ΔD, and the actual speed which is smaller than the speed V due to the increase of the virtual damping coefficient is V ′, and the ratio Vr between the speed V and the actual speed V ′ is considered. When,
【0017】[0017]
【数6】 [Equation 6]
【0018】となり、仮想ダンピング係数の増加分ΔD
は、And the increment ΔD of the virtual damping coefficient
Is
【0019】[0019]
【数7】 [Equation 7]
【0020】となる。速度比Vr と仮想ダンピング係数
の増加分ΔDとの関係を図2に示す。この図から、実際
の速度V' を速度Vの1/2に抑えたい(Vr =2)時
はΔDの値をM+D+Kにすれば良く、またV' をVと
同じにしたい(Vr =1)時はΔDの値を0にすれば良
いことがわかる。すなわち実際の速度V' を速度Vの1
/αにしたい時には、(7) 式中の速度比Vr =αとして
仮想ダンピング係数の増加分を求めることができる。以
上のことから、実際の速度V' がある制限速度Vlmt を
越えないようにするためには、速度Vの絶対値|V|と
制限速度Vlmt との比Vr'を求め、Vr'の値に基づいて
仮想ダンピング係数の増加分ΔDを決めれば良い。この
時の速度比Vr'と仮想ダンピング係数ΔDとの関係は図
3のようになる。速度Vが制限速度Vlmt より小さい
(Vr'<1)時は、仮想ダンピング係数の増加分はほと
んど0なので速度Vと実際の速度V' はほとんど同じで
ある。しかし、速度Vが制限速度Vlmt より大きくなっ
た(1<Vr')時は、仮想ダンピング係数をその増加分
ΔDだけ増やすことで実際の速度V' が制限速度Vlmt
を越えないようにする。結局、実際の速度V' がある制
限速度Vlmt を越えないようにするための実際の目標指
令x'(t)はx'(t)−x(t-1) =Δx' より、[0020] The relationship between the speed ratio Vr and the increment ΔD of the virtual damping coefficient is shown in FIG. From this figure, when it is desired to suppress the actual speed V'to 1/2 of the speed V (Vr = 2), the value of ΔD can be set to M + D + K, and V'can be the same as V (Vr = 1). It can be seen that the value of ΔD should be set to 0 at that time. That is, the actual speed V'is set to 1 of the speed V.
When it is desired to set / α, the increase in the virtual damping coefficient can be obtained by setting the speed ratio Vr = α in the equation (7). From the above, the actual velocity V 'in order not to exceed the speed limit V lmt there is the absolute value of the velocity V | V | the ratio Vr of the speed limit V lmt' seek, Vr 'of The increment ΔD of the virtual damping coefficient may be determined based on the value. The relationship between the speed ratio Vr ′ and the virtual damping coefficient ΔD at this time is as shown in FIG. When the speed V is smaller than the speed limit V lmt (Vr ′ <1), the increment of the virtual damping coefficient is almost 0, so the speed V and the actual speed V ′ are almost the same. However, when the speed V becomes larger than the speed limit V lmt (1 <Vr '), the actual speed V'is increased by increasing the virtual damping coefficient by ΔD.
Do not exceed After all, the actual target command x ′ (t) for preventing the actual speed V ′ from exceeding a certain speed limit V lmt is x ′ (t) −x (t−1) = Δx ′
【0021】[0021]
【数8】 [Equation 8]
【0022】となる。ここで、位置の差分Δx=x(t)
−x(t-1) であり、仮想ダンピング係数の増加分ΔDの
値は速度比Vr'を計算すれば図3より求まる。これまで
に述べた説明は1次元での実施例に関してであるが、一
般的な3次元においても、(9) 式でIt becomes Here, the position difference Δx = x (t)
−x (t−1), and the value of the increase ΔD of the virtual damping coefficient can be obtained from FIG. 3 by calculating the speed ratio Vr ′. Although the description given so far relates to the one-dimensional embodiment, in the general three-dimensional case, the equation (9) is also used.
【0023】[0023]
【数9】 [Equation 9]
【0024】と置き換えることで同様に制御を行なうこ
とができる。ここで、Vx は3次元速度ベクトルのx軸
方向成分、Vy はy軸方向成分、Vz はz軸方向成分で
ある。また、姿勢の回転に関しても同様の方法で回転速
度を制限できることは明らかである。The same control can be performed by substituting for. Here, Vx is the x-axis direction component of the three-dimensional velocity vector, Vy is the y-axis direction component, and Vz is the z-axis direction component. In addition, it is obvious that the rotation speed can be limited by the same method for the rotation of the posture.
【0025】[0025]
【本発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イ
ンピーダンス制御によりロボットを制御している際に、
マニピュレータが目標位置に近付くと自動的に速度が低
下し、設定されたインピーダンス通りに制御することが
できる。また、マニピュレータ先端の速度を一定に保つ
ようにわざわざ目標指令を作成しなくても一定速の動作
が可能となる。さらに制御の初期状態において目標指令
と現在位置とが大きく異なっている場合でも過大な速度
は発生せず、常に制限速度Vlmt 以下の速度しか発生し
ないという効果がある。As described above, according to the present invention, when the robot is controlled by impedance control,
When the manipulator approaches the target position, the speed automatically decreases and the impedance can be controlled according to the set impedance. Further, it is possible to operate at a constant speed without the purpose of creating a target command so as to keep the speed of the tip of the manipulator constant. Further, even if the target command and the current position are largely different in the initial state of control, an excessive speed does not occur, and the speed is always less than or equal to the speed limit V lmt .
【図1】本発明の実施例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】速度比Vr とΔDの関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a speed ratio Vr and ΔD.
【図3】速度比Vr'とΔDの関係を示す図FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a speed ratio Vr ′ and ΔD.
1 インピーダンス制御部 2 パラメータ設定部 3 速度制限値設定部 4 速度比計算部 5 増加分計算部 6 目標指令計算部 7 位置制御部 8 ロボット 9 力センサ 1 Impedance control unit 2 Parameter setting unit 3 Speed limit value setting unit 4 Speed ratio calculation unit 5 Increase amount calculation unit 6 Target command calculation unit 7 Position control unit 8 Robot 9 Force sensor
Claims (1)
ダンスを設定して、インピーダンス制御を行なうロボッ
トのインピーダンス制御装置において、制御位置の速度
と姿勢の回転速度に制限値を設定する速度制限値設定手
段と、前記速度制限値を越えないように仮想ダンピング
係数を補正する手段とを設けたことを特徴とするロボッ
トのインピーダンス制御装置。1. A speed limit value setting means for setting a limit value to a speed of a control position and a rotation speed of a posture in a robot impedance control device for performing impedance control by setting a virtual mechanical impedance in a manipulator. An impedance control device for a robot, comprising: means for correcting a virtual damping coefficient so as not to exceed the speed limit value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25479393A JPH0780786A (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Impedance control device of robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25479393A JPH0780786A (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Impedance control device of robot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0780786A true JPH0780786A (en) | 1995-03-28 |
Family
ID=17269973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25479393A Pending JPH0780786A (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Impedance control device of robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0780786A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1142577A (en) * | 1997-07-28 | 1999-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Control method and device for robot |
US7652446B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-01-26 | Industrial Technology Research Institute | Method for detecting and controlling output characteristics of a DC motor and a self-propelled apparatus using the same |
JP2011232815A (en) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Fujitsu Ltd | Mobile object apparatus and movement control program |
CN106826839A (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-13 | 库卡罗伯特有限公司 | Control to robot |
-
1993
- 1993-09-16 JP JP25479393A patent/JPH0780786A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1142577A (en) * | 1997-07-28 | 1999-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Control method and device for robot |
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JP2011232815A (en) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Fujitsu Ltd | Mobile object apparatus and movement control program |
CN106826839A (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-13 | 库卡罗伯特有限公司 | Control to robot |
US10239207B2 (en) | 2015-11-19 | 2019-03-26 | Kuka Deutschland Gmbh | Control of a robot |
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