JPH08190433A - Load weight estimating method - Google Patents

Load weight estimating method

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JPH08190433A
JPH08190433A JP1548595A JP1548595A JPH08190433A JP H08190433 A JPH08190433 A JP H08190433A JP 1548595 A JP1548595 A JP 1548595A JP 1548595 A JP1548595 A JP 1548595A JP H08190433 A JPH08190433 A JP H08190433A
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JP
Japan
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robot
axes
load weight
axis
load
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1548595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuro Kato
哲朗 加藤
Shin Hatanaka
心 畑中
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPH08190433A publication Critical patent/JPH08190433A/en
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  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To estimate the load weight and perform proper feedforward control as to a body attached additionally to a controlled system. CONSTITUTION: The load weight is estimated as to a tool fitted to the tip of the arm of a six-axes robot. The robot begins to be moved first according to a proper operation program. Adaptive control is performed for 4th-6th axes (step S1). At adaptive control convergence time (step S2), estimated moments gr4-gr6 of the 4th-6th axes and the estimated load inertia J5 of the 5th axis are stored (step S3). An additional weight estimation equation is solved as to m6, x6g , y6g , and z6g by using those data and the respective axis values θ3 -θ6 of the robot and parameters m5 , s5z , l5z , J5m, g, etc., and the result is stored (step S4). When the robot reaches an end point position (step S5), the robot is stopped and the processing ends. The found parameters of the load weight are used to calculated feedforward terms when subsequent feedforward control is performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願発明は、ロボットや工作機械
のようなサーボモータで駆動される自動機械の制御技術
に関し、特に、該自動機械のフィードフォワード制御時
に必要とされる負荷重量の値を推定する為の方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control technique for an automatic machine driven by a servomotor such as a robot or a machine tool, and more particularly, to a load weight value required for feedforward control of the automatic machine. Regarding the method for estimating.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、サーボモータを用いてロボット
のアームや工作機械の送り軸などを駆動する場合にサー
ボ系の追従遅れを低減させる制御方法として、フィード
フォワード制御が広く用いられている。例えば、位置ル
ープと速度ループに関してフィードフォワードを適用す
る場合には、位置・速度の処理周期毎に位置指令(移動
指令)を微分し、この微分値が位置ループ処理で計算さ
れた速度指令値に加算されて速度指令値が求められる一
方、イナーシャに関するパラメータに基づいて定められ
るフィードフォワード項が、速度ループ処理で計算され
たトルク指令値に加算され、フィードフォワード制御時
のトルク指令とする処理が行なわれる。
2. Description of the Related Art Conventionally, feedforward control has been widely used as a control method for reducing a tracking delay of a servo system when a servomotor is used to drive a robot arm or a feed axis of a machine tool. For example, if feedforward is applied to the position loop and velocity loop, the position command (movement command) is differentiated for each position / speed processing cycle, and this differentiated value becomes the speed command value calculated in the position loop process. While the speed command value is obtained by addition, the feedforward term determined based on the parameter related to the inertia is added to the torque command value calculated in the speed loop process, and the process to make the torque command during the feedforward control is performed. Be done.

【0003】従って、フィードフォワード制御が適正に
行なわれる為には、フィードフォワード項の計算が正し
く行なわれなければならない。フィードフォワード項
は、制御対象とする系自体に変更があれば当然変化す
る。そこで従来は、ユーザがロボット等の自動機械に付
加的な物体(例えば、ハンド、加工ツールなど)を取り
付けた場合には、その物体の質量、重心位置などのパラ
メータをユーザが入力し、そのパラメータをフィードフ
ォワード項の計算に取り入れられる方式が採用されてい
た。
Therefore, in order for the feedforward control to be properly performed, the calculation of the feedforward term must be performed correctly. The feedforward term naturally changes if there is a change in the system to be controlled. Therefore, conventionally, when a user attaches an additional object (for example, a hand, a processing tool, etc.) to an automatic machine such as a robot, the user inputs parameters such as the mass and the position of the center of gravity of the object, and the parameter is input. Was adopted in the calculation of the feedforward term.

【0004】しかし、ユーザが市販のハンドやツール等
を自動機械に装着する場合、その質量や重心位置が簡単
に判らないことも多く、それを知る為の調査がユーザの
負担となっていた。また、ユーザによって入力されるパ
ラメータの値が不正確であった場合には、制御対象であ
る自動機械の動作性能が悪化するおそれが生じる。
However, when a user attaches a commercially available hand, tool or the like to an automatic machine, the mass and the position of the center of gravity are often not easily known, and the user's burden has to be investigated to find out. Further, if the value of the parameter input by the user is inaccurate, the operating performance of the automatic machine to be controlled may deteriorate.

【0005】また、制御対象をあるモデルで近似し、そ
のモデルの質量、重心位置等のパラメータを推定してほ
ぼ最適なフィードフォワード制御を達成しようとする方
法として適応制御が知られている。しかし、この適応制
御による方法も、6軸ロボットのように複雑な力学的特
性を有する系を制御対象とする場合には、正確なモデル
化が困難なことや計算が複雑となることなどの理由によ
り、実際に制御対象に適正な動作を行なわせることは困
難であった。
Adaptive control is known as a method for approximating a controlled object by a model and estimating parameters such as the mass and the position of the center of gravity of the model to achieve a nearly optimal feedforward control. However, this adaptive control method also has the reason that accurate modeling is difficult and calculation becomes complicated when a system having complicated mechanical characteristics such as a 6-axis robot is to be controlled. Therefore, it is difficult to actually cause the controlled object to perform an appropriate operation.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本願発明の目
的は、サーボモータで駆動される制御対象(自動機械)
に付加的に取り付けられる物体に関して、その物体の負
荷重量に関連するパラメータ(質量、重心位置等を表わ
すパラメータ)を外部から入力することなく負荷重量を
推定し、適切なフィードフォワード制御を実行し得るよ
うにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is to control an object driven by a servomotor (automatic machine).
For an object additionally attached to the vehicle, the load weight can be estimated without externally inputting parameters related to the load weight of the object (parameters representing mass, center of gravity, etc.), and appropriate feedforward control can be executed. To do so.

【0007】また、本願発明はそのことを通して、ユー
ザがハンド、ツール等の物体をロボットや工作機械に取
り付けて作業を行なう場合の作業負担を軽減しよとする
ものである。
Further, the present invention aims to reduce the work load when a user attaches an object such as a hand or a tool to a robot or a machine tool to perform the work.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記技術課
題を解決する為に、サーボモータで駆動される複数の軸
を有する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位
置を制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法を提
供する。本願発明においては、先ず、前記複数の軸の内
の少なくとも一部の軸について適応制御を行なう過程を
通して前記付加的に取り付けられた物体の負荷重量を表
わすパラメータを算出する為に必要なデータを獲得す
る。そして、前記獲得されたデータを用いて前記付加的
に取り付けられた物体の負荷重量を表わすパラメータを
算出する。
In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for controlling acceleration, speed or position of each axis of a controlled object having a plurality of axes driven by a servomotor. A load weight estimation method for estimating the load weight of an object additionally attached to a controlled object is provided. In the present invention, first, data necessary for calculating a parameter representing the load weight of the additionally attached object is obtained through a process of performing adaptive control on at least some of the plurality of axes. To do. Then, the obtained data is used to calculate a parameter representing the load weight of the additionally attached object.

【0009】算出されたパラメータは、前記制御対象に
ついてフィードフォワード制御を実行する際のフィード
フォワード項の計算に利用することが出来る。
The calculated parameters can be used for the calculation of the feedforward term when the feedforward control is executed for the controlled object.

【0010】前記サーボモータで駆動される複数の軸を
有する制御対象がロボットである場合には、前記複数の
軸の内の少なくとも一部の軸としてロボットの手先側の
複数の軸(例えば6軸ロボットにおける第4軸〜第6
軸)が選ばれる。この場合、前記付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必
要なデータには、前記手先側の複数の軸に関する推定モ
ーメント(例えば6軸ロボットにおける第4軸〜第6軸
の推定モーメント)を表わすデータと前記手先側の複数
の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷イナーシャ
(例えば、6軸ロボットにおける第5軸の推定負荷イナ
ーシャ)を表わすデータが含まれる。
When the controlled object having a plurality of axes driven by the servomotor is a robot, a plurality of axes on the hand side of the robot (for example, 6 axes) are used as at least some of the plurality of axes. 4th axis to 6th in robot
Axis) is selected. In this case, the data necessary for calculating the parameter representing the load weight of the additionally attached object includes estimated moments (for example, the fourth axis to the sixth axis in the 6-axis robot) regarding the plurality of axes on the hand side. Data representing the estimated moment of the axis) and data representing the estimated load inertia of at least one of the plurality of axes on the hand side (for example, the estimated load inertia of the fifth axis in a 6-axis robot).

【0011】これらデータを使って前記付加的に取り付
けられた物体の負荷重量を表わすパラメータ(質量、重
心位置等)が算出され、以後に実行されるフィードフォ
ワード制御時のフィードフォワード項の算出に利用され
る。
Parameters (mass, center of gravity position, etc.) representing the load weight of the additionally attached object are calculated using these data, and are used for calculation of the feedforward term in the feedforward control executed thereafter. To be done.

【0012】[0012]

【作用】本願発明では、ロボットや工作機械等のサーボ
モータで駆動される制御対象に付加的に取り付けられる
ハンド、ツール、ワーク等に関して、その物体の負荷重
量に関連するパラメータ(質量、重心位置等を表わすパ
ラメータ)を外部から入力することなく負荷重量をソフ
トウェア処理によって推定することが出来る。従って、
以後のフィードフォワード制御実行時のフィードフォワ
ード項の計算が適説に行なわれるようになる。
According to the present invention, with respect to a hand, a tool, a work, etc. additionally attached to a controlled object driven by a servomotor such as a robot or a machine tool, the parameters (mass, center of gravity position, etc.) related to the load weight of the object. The load weight can be estimated by software processing without externally inputting the parameter (representing the parameter). Therefore,
The calculation of the feedforward term at the time of executing the feedforward control thereafter will be properly performed.

【0013】制御対象が6軸ロボットのような多軸ロボ
ットである場合には、例えば6軸中の手先側の3軸につ
いて適応制御を実行し、その過程を通してそれらの軸に
関する推定モーメント(例えば6軸ロボットにおける第
4軸〜第6軸の推定モーメント)を表わすデータと前記
手先側の複数の軸の内の少なくとも一つの軸の推定負荷
イナーシャ(例えば、6軸ロボットにおける第5軸の推
定負荷イナーシャ)を表わすデータが求められる。
When the controlled object is a multi-axis robot such as a 6-axis robot, adaptive control is executed for, for example, the 3 axes on the hand side among the 6 axes, and the estimated moments (eg, 6 axes) associated with these axes are executed through the process. Data representing the fourth to sixth axes of the axis robot and the estimated load inertia of at least one of the plurality of axes on the hand side (for example, the estimated load inertia of the fifth axis in the six-axis robot). ) Is obtained.

【0014】一般に、付加的に取り付けられた物体の負
荷重量を表わすパラメータ(質量、重心位置等)は、上
記適応制御の過程を通して得られたデータを使って近似
的な関係式で表現されるので、これを付加的に取り付け
られた物体の負荷重量を表わすパラメータを未知数とす
る方程式として数値計算によって解けば、それらパラメ
ータの値を求めることが出来る。これらパラメータを使
ってフィードフォワード項の算出を行なえば、適切なフ
ィードフォワード制御が実行される。
Generally, the parameters (mass, center of gravity position, etc.) representing the load weight of the additionally mounted object are expressed by an approximate relational expression using the data obtained through the process of the adaptive control. If these are solved by numerical calculation as an equation in which the parameter representing the load weight of the additionally attached object is an unknown value, the values of those parameters can be obtained. If the feedforward term is calculated using these parameters, appropriate feedforward control is executed.

【0015】[0015]

【実施例】本願発明の方法の適用例として、ここでは、
図1に示したような6軸構成のロボット1の手先にツー
ル2が装着された場合に、ロボットの第4軸、第5軸及
び第6軸について適応制御を行なって、ツール2によっ
て生じた負荷重量を推定する方法について説明する。図
1において、θ1 〜θ6 はロボット1の第1軸〜第6軸
の変位量を表わす変数、m5 ,s5z,l5zは各々第5軸
のアームの質量、重心位置及び長さを表わしている。ま
た、第4軸、第5軸、第6軸の推定モーメントを各々g
r4 ,gr5,gr6 、第5軸の推定負荷イナーシャを
J5 、第5軸のモータのロータイナーシャJm5、重力加
速度をgとおく。すると、次の4つの式が近似的に成立
する。以下、この4式をまとめて単に「負荷重量推定方
程式」という。
EXAMPLE As an application example of the method of the present invention, here,
When the tool 2 is attached to the hand of the robot 1 having the 6-axis configuration as shown in FIG. 1, the adaptive control is performed for the fourth axis, the fifth axis, and the sixth axis of the robot, and the tool 2 is caused. A method of estimating the load weight will be described. In FIG. 1, θ 1 to θ 6 are variables representing displacement amounts of the first axis to sixth axis of the robot 1, m 5 , s 5z , and l 5z are the mass, center of gravity position, and length of the arm of the fifth axis, respectively. Is represented. Also, the estimated moments of the 4th, 5th and 6th axes are respectively g
r4, gr5, gr6, the estimated load inertia of the fifth axis is J5, the rotor inertia of the fifth axis motor is Jm5, and the gravitational acceleration is g. Then, the following four equations approximately hold. Hereinafter, these four formulas will be collectively referred to as "load weight estimation equation".

【0016】J5 = Jm5 +m55z 2+m6 {(l5z+
6g)2+(x6gcos θ6+y6gsin θ6)2} gr4 = m5 g (l5z- s5z)cos θ3 sin θ4 sin θ5
+m6 g {-x6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 cos θ6
+cos θ4 sin θ6)-y6gcos θ3 (sin θ4 cos θ5 sin
θ6-cos θ4 cos θ6)-(z6g+l5z) cos θ3 sin θ4
sin θ5 } gr5 = m5 g (l5z- s5z)(-cos θ3 cos θ4 cos
θ5+sin θ3 sin θ5)+m6 g (-x6gcos θ6(cos θ3
cos θ4 sin θ5+sin θ3 cos θ5)-y6gsin θ6(cos
θ3 cos θ4 sin θ5 +sin θ3 cos θ5)+(z6g+l5z)
(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ5)} gr6 = m6 g [-x6g{sinθ6(cos θ3 cos θ4 cos
θ5-sin θ3 sin θ5)+cos θ3 sinθ4 cosθ6 }+y
6g{cos θ6(cos θ3 cos θ4 cos θ5 -sin θ3 sin θ
5)-cosθ3 sinθ4 sinθ6}] ここで、m6 はツール2の質量、(x6g,y6g,z6g
は、ロボット1の手先に設定された座標系の原点から見
たツール2の重心位置の座標である。そこで、上記4式
からなる負荷重量推定方程式をm6 ,x6g,y6g,z6g
の方程式と見て解けば、これらツール2の負荷重量を表
わすパラメータm6 ,x6g,y6g,z6gが求められる。
[0016] J5 = Jm5 + m 5 s 5z 2 + m6 {(l 5z +
z 6g ) 2 + (x 6g cos θ 6 + y 6g sin θ 6 ) 2 } gr4 = m5 g (l 5z -s 5z ) cos θ 3 sin θ 4 sin θ 5
+ m6 g {-x 6g cos θ 3 (sin θ 4 cos θ 5 cos θ 6
+ cos θ 4 sin θ 6 ) -y 6g cos θ 3 (sin θ 4 cos θ 5 sin
θ 6 -cos θ 4 cos θ 6 )-(z 6g + l 5z ) cos θ 3 sin θ 4
sin θ 5 } gr5 = m5 g (l 5z -s 5z ) (-cos θ 3 cos θ 4 cos
θ 5 + sin θ 3 sin θ 5 ) + m 6 g (-x 6g cos θ 6 (cos θ 3
cos θ 4 sin θ 5 + sin θ 3 cos θ 5 ) -y 6g sin θ 6 (cos
θ 3 cos θ 4 sin θ 5 + sin θ 3 cos θ 5 ) + (z 6g + l 5z )
(cos θ 3 cos θ 4 cos θ 5 -sin θ 3 sin θ 5 )} gr6 = m6 g [-x 6g {sin θ 6 (cos θ 3 cos θ 4 cos
θ 5 -sin θ 3 sin θ 5 ) + cos θ 3 sin θ 4 cos θ 6 } + y
6g (cos θ 6 (cos θ 3 cos θ 4 cos θ 5 -sin θ 3 sin θ
5 ) -cos θ 3 sin θ 4 sin θ 6 }] where m6 is the mass of the tool 2, (x 6g , y 6g , z 6g )
Are coordinates of the barycentric position of the tool 2 as seen from the origin of the coordinate system set at the hand of the robot 1. Therefore, the load weight estimation equation consisting of the above four equations is calculated as m 6 , x 6g , y 6g , z 6g
Solving sees equations, parameters m6 representing the load weight of these tools 2, x 6g, y 6g, z 6g is required.

【0017】ここで、各軸位置θ1 〜θ6 はロボットが
常時その値を知ることが出来る量である。また、第5軸
のアームの質量、重心位置、長さm5 ,s5z,l5z及び
第5軸のモータのイナーシャJ5mについては設計値を事
前に設定しておくことが出来る。
Here, the axis positions θ 1 to θ 6 are quantities by which the robot can always know their values. The arm of the mass of the fifth axis, the center of gravity position, length m 5, s 5z, for l 5z and fifth shaft of the motor inertia J5m can be set in advance the design value.

【0018】また、重力加速度の値も同様に設定可能で
ある。第4軸、第5軸、第6軸の推定モーメントgr4
,gr5 ,gr6 及び第5軸の推定負荷イナーシャJ5
については、第4軸、第5軸、第6軸について適応制
御を行いながらロボットに適当な運動を行なわせる過程
で推定値を得ることが出来る。
The value of the gravitational acceleration can be set in the same manner. Estimated moment gr4 of axis 4, axis 5, axis 6
, Gr5, gr6 and the estimated load inertia J5 of the fifth axis
With respect to, the estimated value can be obtained in the process of causing the robot to perform an appropriate motion while adaptively controlling the fourth axis, the fifth axis, and the sixth axis.

【0019】そこで、ロボットにツール2の負荷重量の
推定値を教示する為の処理の一例を示せば図4のように
なる。なお、第5軸のアームの質量、重心位置、長さm
5 ,s5z,l5z及び第5軸のモータのイナーシャJ5mの
値の設定、適応制御収束とみなすタイミングを定めるパ
ラメータ(時間または移動量)の設定、並びに、第4軸
〜第6軸について適応制御を行いながらロボットに適当
な運動を行わせる動作プログラムの教示は実行済みとす
る。
Therefore, an example of processing for teaching the robot the estimated value of the load weight of the tool 2 is shown in FIG. The mass of the arm of the fifth axis, the position of the center of gravity, and the length m
5 , s 5z , l 5z and setting of the value of the inertia J5m of the motor of the 5th axis, setting of the parameter (time or movement amount) that determines the timing considered as adaptive control convergence, and adaptation for the 4th to 6th axes It is assumed that the teaching of the operation program that causes the robot to perform an appropriate motion while controlling is already executed.

【0020】この動作プログラムは、適応制御による動
作が十分に収束するように、ロボットの手先がある程度
の速度と加速度をもって適度の範囲で位置・姿勢を変え
るようなものであることが好ましい。
It is preferable that the operation program is such that the hand of the robot changes the position / orientation within a proper range with a certain speed and acceleration so that the operation by the adaptive control is sufficiently converged.

【0021】先ず、上記動作プログラムを1ブロックづ
つ読み込んで、第4軸〜第6軸について適応制御を行な
う条件でロボットの移動を開始させる(ステップS
1)。そして、適応制御収束とみなされるタイミングが
到来したならば(ステップS2)、その時点における第
4軸〜第6軸についての推定モーメントの値gr4 ,g
r5 ,gr6 及び第5軸の推定負荷イナーシャの値J5
をロボット制御装置内のバッファメモリに一時記憶する
(ステップS3)。そして、これらのデータと、それを
確定させた時点におけるロボットの各軸値θ3 〜θ6
びに設定済みのパラメータm5 ,s5z,l5z,J5m,g
等のデータを用いて前記の付加重量推定方程式をm6 ,
6g,y6g,z6gについて解き、結果を記憶する(ステ
ップS4)。ロボットが、動作プログラムで指定された
終点位置に到達したならば(ステップS5)、ロボット
を停止させて(ステップS6)処理を終了する。
First, the operation program is read block by block, and the movement of the robot is started under the condition that adaptive control is performed on the fourth to sixth axes (step S).
1). When the timing considered as adaptive control convergence has come (step S2), the estimated moment values gr4, g for the fourth to sixth axes at that time point.
r5, gr6 and value of estimated load inertia of axis 5 J5
Is temporarily stored in the buffer memory in the robot controller (step S3). Then, these data, the respective axis values θ 3 to θ 6 of the robot at the time of fixing them, and the preset parameters m 5 , s 5z , l 5z , J 5m, g
Using the above data, the above equation for estimating weight addition is calculated as m6,
The solution is solved for x 6g , y 6g , and z 6g , and the result is stored (step S4). When the robot reaches the end point position designated by the operation program (step S5), the robot is stopped (step S6), and the process ends.

【0022】こうして求められたツール(物体)2の負
荷重量に関するパラメータは、以後のフィードフォワー
ド制御にフィードフォワード項の算出の為に使用され
る。以下、図2に示されたような簡単なケースについて
フィードフォワード制御の概略を説明する。
The parameters relating to the load weight of the tool (object) 2 thus obtained are used for the calculation of the feedforward term in the subsequent feedforward control. Hereinafter, the outline of the feedforward control will be described for a simple case as shown in FIG.

【0023】図2は、モータ3(例えば、第1軸のモー
タ)で駆動される制御対象が、図示した関係でアーム4
の手先にツール(物体)2を取り付けた系であると見な
せる場合を表わしている。同図に併記されているよう
に、各パラメータ値Jm ,m1,s1 ,I1z,l1 ,m6
,s6 の意味は次の通りである。
In FIG. 2, the controlled object driven by the motor 3 (for example, the motor of the first axis) is the arm 4 in the illustrated relationship.
It shows a case where it can be regarded as a system in which the tool (object) 2 is attached to the hand of the. As also shown in the figure, each parameter value Jm, m1, s1, I1z, l1, m6
, S6 have the following meanings.

【0024】Jm ;モータ3のロータイナーシャ m1 ;アームの質量 s1 ;アーム4の重心位置 I1z,;z軸回りに関するアーム4の重心回りのイナー
シャ(重心回りのイナーシャのz成分) l1 ;アームの長さ m6 ;ツール2の質量 s6 ;アーム4の先端からツール2の重心位置までの距
離 ここで、Jm は予めロボットに設定されるパラメータ、
m1 ,s1 ,I1z並びにl1 はロボットの姿勢から計算
されるパラメータである。また、m6 は上記処理で求め
られた値がそのまま使用される。s6 の値は、上記処理
で求められた値x6g,y6g,z6gとロボット姿勢から計
算される。
Jm; Rotor inertia of motor 3 m1; Mass of arm s1; Position of center of gravity of arm 4 I1z ;; Inertia around center of gravity of arm 4 with respect to z axis (z component of inertia around center of gravity) l1; Length of arm M6; mass of the tool 2 s6; distance from the tip of the arm 4 to the center of gravity of the tool 2, where Jm is a parameter preset in the robot,
m1, s1, I1z and l1 are parameters calculated from the posture of the robot. The value obtained in the above process is used as m6. The value of s6, the value obtained by the above process x 6 g, y 6 g, is calculated from z 6 g and the robot posture.

【0025】このケースにおけるフィードフォワード項
は次のようにして定められる。先ず、制御対象の運動方
程式を立てる。モータ3の出力トルク及び位置を各々
τ,θとおけば、運動方程式は次式(1)で与えられ
る。ここで、J=Jm +m1 ・s1+I1z,,L=I1
+s6 とおけば、式(1)は式(2)で表わされる。
The feedforward term in this case is defined as follows. First, the equation of motion of the controlled object is established. If the output torque and the position of the motor 3 are τ and θ, respectively, the equation of motion is given by the following equation (1). Where J = Jm + m1.s1 + I1z, L = I1
When expressed as + s6, the equation (1) is represented by the equation (2).

【0026】[0026]

【数1】 この右辺をそのままフィードフォワード項として採用し
て、速度指令値に加算する。図3に、位置ループにこの
フィードフォワード項を加算するフィードフォワード制
御のブロック図を示した。同図において明らかなよう
に、ロボット制御装置の位置作成部(工作機械であれ
ば、CNC)から所定周期で出力される位置指令は、モ
ータの位置検出器(パルスコーダ)と比較されその偏差
が計算される。計算された位置偏差に基づいてゲインK
pで位置ループ処理が実行され、フィードフォワード項
加算以前の速度指令が作成される。
[Equation 1] This right side is directly adopted as the feedforward term and added to the speed command value. FIG. 3 shows a block diagram of feedforward control for adding this feedforward term to the position loop. As is clear from the figure, the position command output from the position creation unit (CNC in the case of machine tool) of the robot controller at a predetermined cycle is compared with the position detector (pulse coder) of the motor and the deviation is calculated. To be done. Gain K based on the calculated position deviation
The position loop processing is executed at p, and the speed command before addition of the feedforward term is created.

【0027】一方、位置・速度の処理周期毎に位置指令
(移動指令)が微分され、この微分値がゲインKpで実
行される位置ループの処理得られた速度指令に加算され
る。更に、ゲインKvで実行される速度ループ処理で計
算されるトルク指令値に関しては、上記(2)式の右
辺、即ち(J+m6 ・L)に位置指令の2階微分を乗じ
たものをフィードフォワード項としてトルク指令値に加
算する。こうして計算されたトルク指令に基づいてサー
ボアンプからモータ3に電流が供給され、モータ3が駆
動される。なお、1/(J+m6 ・L)は、モータ3に
かかる負荷を表わす伝達関数であり、1/sは、モータ
速度を積分したものがモータの回転位置であることを表
わしている。
On the other hand, the position command (movement command) is differentiated for each position / speed processing cycle, and this differential value is added to the speed command obtained by the position loop processing executed by the gain Kp. Further, regarding the torque command value calculated by the velocity loop process executed with the gain Kv, the right side of the above equation (2), that is, (J + m6.L) multiplied by the second derivative of the position command is fed-forward term. Is added to the torque command value. A current is supplied from the servo amplifier to the motor 3 based on the torque command thus calculated, and the motor 3 is driven. It should be noted that 1 / (J + m6.L) is a transfer function representing the load applied to the motor 3, and 1 / s represents that the integrated motor speed is the rotational position of the motor.

【0028】以上、6軸ロボットを例にとって、本願発
明を説明したが、制御対象が軸数の異なるロボット(例
えば、4軸ロボット)や工作機械(例えば3軸構成)に
変わっても、上記説明した考え方を適用して付加的に取
り付けられた物体に負荷重量を計算し得ることは明らか
である。
Although the present invention has been described above by taking a 6-axis robot as an example, the above description is given even if the controlled object is changed to a robot having a different number of axes (for example, a 4-axis robot) or a machine tool (for example, a 3-axis configuration). It is obvious that the above idea can be applied to calculate the load weight on an additionally mounted object.

【0029】[0029]

【発明の効果】本願発明によれば、ロボットや工作機械
のようなサーボモータで駆動される制御対象に付加的に
取り付けられるハンド、ツール等の物体について、質
量、重心位置等を表わすパラメータを外部から入力する
ことなく適切に負荷重量が推定される。そして、それに
基づいてフィードフォワード項が自動的に計算されてフ
ィードフォワード制御、が行なわれるユーザに負担をか
けることなく適切なフィードフォワード制御を実現し、
自動機械の動作精度の向上を図ることが出来る。
According to the present invention, parameters such as a hand and a tool, which are additionally attached to a controlled object driven by a servomotor such as a robot or a machine tool, such as a mass and a position of the center of gravity are externally set. The load weight is properly estimated without input from. Then, based on that, the feedforward term is automatically calculated and the feedforward control is performed, and the appropriate feedforward control is realized without burdening the user.
It is possible to improve the operation accuracy of the automatic machine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例において本願発明の方法が適用されるロ
ボットの軸構成を表わした図である。
FIG. 1 is a diagram showing an axis configuration of a robot to which a method of the present invention is applied in an embodiment.

【図2】実施例で求めたパラメータが使用されるフィー
ドフォワード制御の適用事例を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of feedforward control in which the parameters obtained in the embodiment are used.

【図3】図2に示したケースにおけるフィードフォワー
ド制御の概要を説明する為のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram for explaining an outline of feedforward control in the case shown in FIG.

【図4】実施例で実行される負荷重量の推定値を求める
為の処理の一例を示したフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a process for obtaining an estimated value of a load weight, which is executed in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット 2 ツール(付加的に取り付けられた物体) 3 モータ 4 アーム 1 robot 2 tool (object attached additionally) 3 motor 4 arm

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーボモータで駆動される複数の軸を有
する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位置を
制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法であっ
て、 前記複数の軸の内の少なくとも一部の軸について適応制
御を行なうことによって前記付加的に取り付けられた物
体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必要な
データを獲得する段階と、 前記獲得されたデータを用いて前記付加的に取り付けら
れた物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する段階
を含む、前記負荷重量推定方法。
1. A load for estimating a load weight of an object additionally attached to the controlled object when controlling the acceleration, velocity or position of each axis of the controlled object having a plurality of axes driven by a servo motor. A method for estimating weight, wherein data necessary for calculating a parameter representing a load weight of the additionally attached object is obtained by performing adaptive control on at least a part of the plurality of axes. And a step of calculating a parameter representing a load weight of the additionally attached object using the acquired data.
【請求項2】 サーボモータで駆動される複数の軸を有
する制御対象の前記各軸の加速度、速度あるいは位置を
制御するに際して前記制御対象に付加的に取り付けられ
た物体の負荷重量を推定する負荷重量推定方法であっ
て、 前記複数の軸の内の少なくとも一部の軸について適応制
御を行なうことによって前記付加的に取り付けられた物
体の負荷重量を表わすパラメータを算出する為に必要な
データを獲得する段階と、 前記獲得されたデータを用いて前記付加的に取り付けら
れた物体の負荷重量を表わすパラメータを算出する段階
と、 前記算出されたパラメータが前記制御対象についてフィ
ードフォワード制御を実行する際のフィードフォワード
項の計算に利用される段階を含む、前記負荷重量推定方
法。
2. A load for estimating a load weight of an object additionally attached to the controlled object when controlling acceleration, velocity or position of each axis of the controlled object having a plurality of axes driven by a servo motor. A method for estimating weight, wherein data necessary for calculating a parameter representing a load weight of the additionally attached object is obtained by performing adaptive control on at least a part of the plurality of axes. And a step of calculating a parameter representing a load weight of the additionally attached object using the acquired data, and a step of executing the feedforward control for the control target by the calculated parameter. A method for estimating a load weight, the method including the step of calculating a feedforward term.
【請求項3】 前記サーボモータで駆動される複数の軸
を有する制御対象がロボットであり、前記複数の軸の内
の少なくとも一部の軸が該ロボットの手先側の複数の軸
であり、前記付加的に取り付けられた物体の負荷重量を
表わすパラメータを算出する為に必要なデータが、前記
手先側の複数の軸に関する推定モーメントを表わすデー
タと前記手先側の複数の軸の内の少なくとも一つの軸の
推定負荷イナーシャを表わすデータを含んでいる請求項
1または請求項2に記載された負荷重量推定方法。
3. A control target having a plurality of axes driven by the servomotor is a robot, and at least a part of the plurality of axes is a plurality of axes on the hand side of the robot, The data necessary for calculating the parameter representing the load weight of the additionally mounted object is at least one of the data representing the estimated moment about the plurality of axes on the hand side and the at least one of the plurality of axes on the hand side. The load weight estimation method according to claim 1, further comprising data representing an estimated load inertia of the shaft.
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