JPH08234801A - モータ駆動式関節アームのための制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 モータの変速機に蓄えられる駆動エネルギを
考慮することのできる、関節アーム制御のための制御装
置と制御方法の提供。 【解決手段】 モータ駆動トルクのモデル負荷成分を決
定するために、第１の負荷の少なくとも１つの第２のイ
ンバースモデルを設け、第１の制御器と第２の制御器を
設け、負荷にモータ駆動トルク負荷成分を測定するセン
サを設け、第２のインバースモデルに角度センサを接続
し、角度センサを第１の制御器に接続し、角度及びその
時間導関数の調整量を求め、駆動設定値に加算し、第２
の制御器をセンサに接続し、モータ駆動トルクの負荷成
分を受取り、また第２のインバースモデルに接続し、第
２のインバースモデルからモータ駆動トルクの所定の負
荷成分を受取り、所定負荷成分とこれらの時間導関数か
らモータ駆動トルク負荷成分に対する負荷成分調整量を
求め、第１のモータに対する設定トルクに加算的に結合
して前記モータに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ駆動式関節
アームのための制御装置及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】関節アームは工場ロボット系において頻
繁に使用されている。これらの工場ロボットは非常に多
岐にわたる仕事をこなす。製造用ロボットに対する市場
での競争の圧力と生産速度の上昇によって関節アームは
ますます軽量構造に移行している。コスト的に有利でさ
らに軽量であるために機敏な運動性を有するそのような
関節アームも頑丈性においてはむしろ構造的に不安定で
ある。にもかかわらず工場ロボットは位置付けに対して
高い精度を有していなければならない。例えば穴あけ機
では高精度な位置付けが行われなければならず、あるい
はレーザ剪断機では製品上で正確な直交切線に追従しな
ければならない。同じことは製品の溶接に対しても当て
はまる。比較的大型構造の関節アームは巻き上げ機や建
設作業用車両に使われている。この建設作業用車両はコ
ンクリート等を建築物の所定の個所に搬送するものであ
る。このような現場での搬送時の不必要な揺れを避ける
ためには作業車両の投入時間を最適にする必要がある。

【０００３】軽量構造の屈曲アームや大規模な屈曲アー
ムにおいては揺れの生じやすい傾向を回避するためによ
り多くの制御コストが必要とされる。そのような制御手
法に対する良好な手段としてモデルベースの起用が挙げ
られる。この制御手法では駆動すべき関節アームの、実
際のアーム特性を予測できる１つのモデルが使用され
る。

【０００４】そのような関節アームの軌道案内のための
モデルベースの起用は、実際のロボット系における実行
の際には、ひずみの生じ得る駆動系による弾性的な出力
伝達の動特性が考慮されていないことによってしばしば
失敗する。なぜならそれらが剛性体形式から発展したも
のだからである。リンクモータ出力の伝達はここではま
ず変速機のバイアスを介して間接的に行われる。その後
でこの変速機はバイアスを出力トルクとして各アームセ
グメントに伝達する。この動特性が制御できないままで
あるならば、振動が生じる。この振動は極端な場合には
前述したような不安定な揺れにまで発展し得る。このよ
うなことはモデルベースの軌道案内方式においてアーム
セグメントの慣性と緩衝が補償され、実際のアームポジ
ションがモータポジションの代わりに制御回路に供給さ
れる場合には特にあてはまる。しかしながらこの両者は
その実態から明らかなように高精度な軌道案内があって
こそ大きな意味がある。

【０００５】これらの問題を解決するためには様々な手
段がある。

【０００６】例えば公知文献“Olmski J.,1989, Bahnpl
anung und Bahnfuerung von Industrierobotern, Forts
chrittberichte 4, Vieweg, Braunschweig”では弾性特
性補償の制御において軌道案内の案内量が、変速機の評
価される固有周波数の信号によって振動に対して逆位相
で重畳されている。この信号は振動と共に消滅される。
しかしながらこの手法はモデルベースの軌道案内には適
していない。なぜなら伝達される出力が直接制御できな
いからである。

【０００７】公知文献“Slotine J. J. E., Li W., 199
1, Applied Nonlinear Control, Prentice Hall”によ
る高次のフィードバック線形化手法では、モデルベース
の軌道案内技術が剛性体形式から弾性的なケースに移行
している。しかしながらこの場合センサによる位置の検
出が三次導関数（ジャーク）まで必要とされる。これは
リアルタイムの条件なので実際には不可能である。さら
に数値評価において生じ得る制御法則が複雑となり、モ
デル化エラーに対する頑強性にも欠ける。

【０００８】公知文献“Khorasani K., 1992, Adaptive
Control of Flexible-Joint Robots. IEEE Trans. on
Robotics and Automation, 8(2), pp.250-267”に開示
されているコレクティブコントロール方法では、位置制
御信号が補正信号によって重畳される。この補正信号は
弾性作用を近似的に補償する。しかしながらこの信号も
数値的に非常に複雑で頑強性に乏しい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、関節
アームセグメントの駆動に用いられるモータの特に変速
機に蓄えられる駆動エネルギを考慮することのできる、
関節アーム制御のためのさらなる制御装置と制御方法を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、 関節アームのセグメントの少なくとも１つの関節
に、第１の角度信号を、関節に設定される角度に依存し
て送出する角度センサが設けられており、駆動設定値か
らモータ駆動トルクのモータ慣性成分を決定するため
に、前記関節にモータの少なくとも１つの第１のインバ
ースモデルが設けられており、モータ駆動トルクのモデ
ル負荷成分を実際の角度量およびその時間導関数に結び
つけて駆動設定値から決定するために、モータによって
移動させるべき第１の負荷の少なくとも１つの第２のイ
ンバースモデルが設けられており、前記関節アームを制
御する第１の制御器が設けられており、前記負荷におけ
る負荷振動を減衰するための第２の制御器が設けられて
おり、前記負荷にモータ駆動トルクの負荷成分を測定す
るセンサが設けられており、前記第２のインバースモデ
ルに角度センサが接続されており、前記角度センサは第
１の制御器に接続され、該制御器は少なくとも角度信号
およびその時間導関数と、外部から供給されるこれらの
値の目標量から角度及びその時間導関数の調整量を求
め、これによって求められた調整量は外部から供給され
る、角度の第２の時間導関数に対する目標値と共に駆動
設定値に加算され、前記第２の制御器は、前記センサに
接続されており、それによって前記第２の制御器はモー
タ駆動トルクの前記センサによって測定された負荷成分
を受取り、さらに前記第２の制御器は第２のインバース
モデルに接続されており、これによって前記第２の制御
器は第２のインバースモデルからモータ駆動トルクの所
定の負荷成分を受取り、該所定の負荷成分とこれらの値
の時間導関数からモータ駆動トルクの負荷成分に対する
負荷成分調整量が求められ、前記負荷成分調整量が少な
くともモデル負荷成分とモータ慣性成分と共に第１のモ
ータに対する設定トルクに加算的に結合され、前記モー
タに供給されるように構成されて解決される。

【００１１】また前記課題は本発明により、各セグメン
ト毎に少なくとも１つの外部及び内部制御回路を使用
し、外部制御回路によって、関節駆動モータのモータト
ルクを、アームセグメントのインバースモデルを用い
て、アームセグメントにて測定される調整角度と、調整
角度に対する目標値と、第１及び第２の時間導関数に依
存して制御加速度に関して剛性形関節アームに対する公
知手法で求め、負荷成分トルクを形成するために、前記
ステップにて求められたモータトルクからモータ慣性ト
ルクを減算し、 負荷成分トルクを負荷において測定
し、内部制御回路は、測定された負荷トルクと算出され
た負荷トルクと、その時間導関数との比較から調整トル
クを形成し、該調整トルクを前記ステップのもとで求め
られた駆動トルクに負荷振動の補償のために加算的に重
畳させるようにして解決される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の別の有利な実施例は従属
請求項に記載される。

【００１３】本発明による制御装置の大きな利点は、２
段のＰＤ制御器で十分にこと足りることである。本発明
による内部制御回路の制御に対しては単に制御加速を、
モータ慣性成分と移動すべき負荷の負荷成分に分割する
ことだけが必要になるだけである。変速機後方のトルク
を測定することによりフィードバック制御量が測定され
る。この制御量は、アームセグメントに加えられた駆動
トルクの実部分を内部制御回路の制御にフィードバック
させ、それによって外部制御回路に剛性的な関節アーム
セグメントを印象づける。角度データは簡単な方法で角
度センサによって求めることができる。このセンサから
の信号は微分してもよい。

【００１４】隣接して位置する関節アームは負荷移動の
反動によって相反的に作用し合うので、有利には供給さ
れる駆動トルクの制限の際に相反的な相互作用が考慮さ
れる。駆動力設定値は特に次のような理由から制限され
る。すなわち限界領域では、つまりモータが最大負荷の
もとで稼働している場合にはモータに非線形特性が現れ
るからである。これは２つの共働する制御回路との関係
において望ましくない。

【００１５】特に有利には本発明による方法では２つの
インバースモデルが用いられる。なぜならそれによって
負荷成分とモータ慣性成分を求めることができるからで
ある。本発明によれば、モデルによって求められた負荷
成分トルクと測定された負荷成分トルクが比較され、こ
れらは次のことに対して用いられる。すなわち内部制御
回路において各関節アームセグメントを安定化させるこ
とに用いられる。これは供給されたモータ駆動トルクに
算出された制御量を重畳することにより行われる。

【００１６】本発明による方法の有利な実施例によれ
ば、比例−差動制御器が使用される。なぜなら比例する
導出量のみを制御することができるからである。

【００１７】隣接する関節アームセグメントは負荷変動
反応によって相反的に作用し合うので本発明による方法
によれば有利には、外部制御回路に供給される制御加速
が角度位置と、時間と共に変化する角度位置に依存して
制限される。特に本発明による別の方法によれば、制御
加速が有利に制限される。なぜならトルクの制限によっ
てモータの限界出力における剛性体形式でのフィードバ
ック線形化の減結合特性がその非線形的な特性によって
消失するからである。

【００１８】本発明の方法によれば有利には、制限され
る制御加速度がグラフィック形式で求められる。この場
合このグラフィックは計算機にファイルされていてもよ
い。それにより簡単な方法で各関節アームモータを制御
する駆動トルクが、非線形な領域でモータが動作し始め
ることのない高さに維持される。

【００１９】

【実施例】次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。

【００２０】図１には例えば公知文献“John J. Craig,
Induction to Robotics, Mechanics & Control pp235
〜236, Addison-Wesley”に開示されている、関節アー
ムＲの制御のための制御装置の一例が示されている。例
えば各々の関節アームセグメントは、各セグメントに設
けられたモータとそれに属する変速機を介して駆動され
る。設定値として各アームセグメントには、そのつど設
定すべき関節角度θの二次導関数θ″_soll,(θ,θ′)
_sollが供給される。(θ,θ′)_sollはＰＤ制御器に供給
され、関節アームＲの各関節アームセグメントにて測定
された値とこれらの制御量が比較される。論理結合個所
では ＰＤ制御器で得られた制御量が値θ″_sollに加算
され、それによって制御加速度ｕが形成される。

【００２１】関節アームＲのインバースモデルには、関
節アームＲの各関節アームセグメントの駆動モータを制
御するトルクｍを形成するために、制御加速度ｕと、各
関節アームセグメントにて測定された制御量(θ,θ′)
が供給される。

【００２２】図２に示されている本発明の実施例によれ
ば、関節アームＲの各関節アームセグメント毎に１つの
固有のＰＤ制御器１が設けられている。この制御器の求
められた制御量は各関節アームセグメント毎のθ″_soll
の加算後に同じインバースモデルINVに供給される。個
々の駆動トルクｍは例えば個々のインバースモデルによ
って決定される。

【００２３】図２には本発明による制御装置の一実施例
が示されている。制御量は図１と同じように示されてい
る。図１によるインバースモデルは図２では２つのイン
バースモデルに分割されている。一方のインバースモデ
ルＩＴは駆動モータの慣性成分を制御加速度ｕから求
め、もう一方のインバースモデルＩＬは、負荷成分を制
御加速度ｕから決定する。外部制御回路は図１と同じよ
うにＰＤ制御器１とインバースモデル（ここではＩＴ,
ＩＬからなる）と、関節アームＲの関節アームセグメン
トから構成される。内部制御回路はこの場合ＰＤ制御器
２と関節アームＲの実際の関節アームセグメントからな
る。この実際の関節アームセグメントはここでは機械的
構成部で示されており、その詳細は以下で説明する。本
発明によって設けられたＰＤ制御器２を有する付加的制
御回路によれば、個々の関節アームセグメントの変速機
への動力の伝達が次のように制御される。すなわちＰＤ
制御器１を有する各外部制御回路によって求められる駆
動トルクｍが可及的に僅かな遅延のみで各関節アームセ
グメントへ伝達されるように制御される。すなわちモー
タと変速機を有する各関節アームセグメント毎に、例え
ば本発明によるような制御装置が必要となる。この場合
振動と揺動が回避される。この制御は、測定された状態
パラメータとして実際にアームに伝達されたトルクに拠
る。なぜならこのトルクはセンサによって、変速機入力
側角度位置と変速機出力側角度位置の間の差分として簡
単に検出できるからである。弾性的な動力伝達は本発明
による制御によって剛性的になり、実際のロボットシス
テムに対するモデルベースのラインガイド方式にも適用
することができる。図２にはポジショントルク−カスケ
ードとしての本発明による実施例が示されている。この
実施例では位置制御と動力伝達のために２つの制御回路
が設けられている。関節アームセグメントの駆動部から
送出されるトルクｍは一部が関節駆動部自体の加速に用
いられ、一部は変速機部分のバイアスになる。このバイ
アスは最終的にトルクτとしてアームセグメントＲに伝
達される。例えば前記トルクτはセンサを用いて測定さ
れ導出される。このトルクτの測定に対してはトルクを
伝達する１つのホイールを設けることが可能である。こ
のホイールのスポークには、その都度のバイアスを求め
てそれと共に供給されるトルクを導出するためにストレ
ーンゲージか圧電素子が配設される。

【００２４】外部制御回路を用いることによって例えば
剛性体形式でのフィードバック線形化方式によるモデル
ベース制御が行われる。ここでは例えばＰＤ制御器が用
いられる。この制御技術の基本的な原理は公知文献“Sc
hmidt G.,1982, Grundlagender Regelungstechnik, Spr
inger”に記載されている。このＰＤ制御器は、実際の
位置/速度パラメータθ,θ′と目標値(θ,θ′)_sollと
の間の偏差と、目標加速度θ″_sollから補正加速度ｕを
算出する。関節アームセグメントの２つのインバースモ
デルＩＴ,ＩＬがそれぞれのアームセグメントの駆動成
分と負荷成分に対する能力を有しているならば、制御加
速度ｕは、所望値ｕまでのアームセグメントの加速に必
要な駆動トルクｍに変換される。この場合インバースモ
デルによって関節の動的な結合と非線形的な作用力が考
慮される。

【００２５】例えば前記インバースモデルＩＴ,ＩＬは
おおざっぱな近似でも適用可能である。なぜなら本発明
による方法はモデル化エラーに対しても頑強だからであ
る。たとえばインバースモデルＩＴ,ＩＬはロボットの
移動駆動部からのニューラルネットワークを用いて統合
してもよい。内部回路と動力伝達制御回路の目的は、外
部制御回路から到来する、アームセグメントへの駆動ト
ルクｍの負荷成分cの伝達に対して考慮することであ
る。これに対して簡単なＰＤ制御器は、実際にアームに
作用するトルクτとコマンド値τとの間の差分と、実際
のトルクτの時間的変化τ′から付加的なバイアストル
クｍ＾（これは外部制御回路から命令される総トルクｍ
に加えられる）を算出する。これにより一方では駆動成
分のバイアスが加速され、それによってこの動力トルク
が可及的に迅速に各アームセグメントに伝達され、他方
では振動の形でのトルクの過度に大きな時間変化が阻止
される。

【００２６】このPTカスケードは例えば段階的な形で離
散化させデジタルで実現可能である。例えば外部制御回
路のサンプリング周波数Ωに基づくならば、例えば相応
のクロック間隔が、周波数ω＝Ω*νで動作する内部制
御回路に対する等間隔のクロック間隔νに分割される。
内部制御回路は例えば外部制御回路のクッロク内で、下
位クロックνを越えて、伝達すべき動力トルクτを外部
制御回路によりＩＬを介して命令される値τに制御す
る。コマンド値τへの比較的大きなジャンプが生じた場
合には、当該制御は外部制御回路の複数のクロックに亘
って拡張し得る。動力伝達の際に生じる遅延は例えばリ
ンクモータの最大出力によって定まる。リンクモータの
できるだけ衝撃のない負荷を保証するために、例えば命
令された動力トルク（負荷成分）τが外部制御回路のク
ロック期間中の先行値から新たな値への修正によって補
間される。２つの隣接する値か又は複数の値の間での補
間に対してはスプライン−補間が考えられる。しかしな
がら補間されたトルクτの時間変化τ′は内部制御回路
のＰＤ制御器内では考慮されない。なぜならクロック限
界ピークにおける跳躍的な時間変化τを引き起こして、
内部制御の変速機振動に対する減衰特性を損なわせる恐
れがあるからである。ＰＤカスケードのデジタル構成を
実現するにあたって重要なのは内部制御回路の数値上の
複雑性を少なくさせることである。それによりこれはサ
ンプリング周波数が高い場合でも動作させることができ
るようになる。

【００２７】図３には、変速機を介してモータによって
駆動されるアームセグメントＳの１つのモデルが示され
ている。モータＭは変速機において歯車のバイアスを生
ぜしめるトルクｍを送出する。変速機からは時間に依存
してトルクτがアームセグメントＳに送出される。この
トルクτはモータ駆動トルクｍのうち変速機におけるバ
イアスに利用される成分だけ低減される。ここでは本発
明による制御装置がこの制御方法に使用される。なぜな
ら外部から命令され、モータによって生ぜしめられるモ
ータトルクｍが関節アームセグメントＳに到来しないか
らである。本発明による方法と装置を用いることによっ
て、ＰＤ制御器を介したトルクτのフィードバックを介
して、外部から命令されるここでは符号ｍで示されるモ
ータトルクに付加的なトルクが重畳されることが保証さ
れる。この付加的なトルクは変速機が迅速にバイアスさ
れるように作用し、トルクτがトルクｍ（これは外部制
御器によってモータの駆動トルクとして設定される）に
等しくなるように作用する。

【００２８】図４には本発明の方法による、ないし本発
明の制御装置にける関節アームの２つの隣接する関節部
のモータの制御加速度を制限するための一実施例を示し
た。制御加速Ｕ１とＵ２の限界に対して基準となるのは
平行四辺形１２３４である。この四辺形はグレー面Ｐを
包括している。この四辺形の各頂点１,２,３,４からは
座標系に対して平行ないし垂直に相応の垂線が引かれて
いる。頂点１からはＬ１０とＬ１１が、頂点２からはＬ
２０とＬ２１が、頂点３からはＬ３０とＬ３１が、そし
て頂点４からはＬ４０とＬ４１が引かれている。外部制
御回路によって制御加速（これは結果として前記平行四
辺形Ｐ外の値となる）が命令された場合には、この値が
前記Ｌ１０,Ｌ１１〜Ｌ４０,Ｌ４１の方向のうちの１つ
と平行に、平行四辺形側の方向でこの四辺形の上に位置
するようにずらされてこの平行四辺形との交点としての
点が限界としての制御加速度値として定められる。

【００２９】前記処置の原因はリンクモータの制限され
た出力にある。これはインバースモデルと関節アームと
の間の非線形性を引き起こす。なぜなら命令された駆動
トルクｍは限界出力を越えた場合には相応の最大値にリ
セットされるからである。しかしながらこの場合それは
個々の関節部の動的結合に基づいて得られた関節部相互
間の加速特性の、位置制御回路のＰＤ制御器によって命
令された制御加速ｕに対するひずみとなる。これは個々
の関節部のぎこちない動きに現れる。トルクの制限によ
ってモ剛性体形式におけるフィードバック線形化の減結
合特性がモータの限界出力にて失われる。これは図４に
示されているような制御加速度ｕの制限によって避けら
れる。頂点１〜４によってつくられている平行四辺形は
制御加速度Ｕ１,Ｕ２に対して許容される範囲である。
この範囲はインバースモデルを用いてリンクモータの限
界出力から各位置／速度（θ,θ′）毎に決定すること
ができる。例えば外部制御回路のＰＤ制御器によって平
行四辺形外にある制御加速Ｕが命令されるならば、図中
相応の点が軸Ｕ１ないしＵ２に沿って平行四辺形の周辺
に投影される。そのような点（これは相応の平行四辺形
縁部にそれが投影されないようにある範囲内にある）は
それぞれの頂点の値を得る。それによりリンクモータの
限界出力は、関節部の加速が可及的に十分に相互に減結
合し続けられるように維持されることが達成される。

【００３０】図５には関節アームが概略的に示されてい
る。この関節アームは３つのセグメントＳ１〜Ｓ３から
なっている。このれらのセグメントは関節部Ｇ１とＧ２
を介して相互に連結されている。この場合関節アームの
アームセグメントＳ１はベース体Ｋに固定されている。
このベース体には例えば本発明のための制御装置が含ま
れていてもよい。各セグメントＳにはそれぞれ１つのセ
ンサＧ１,Ｇ２が設けられている。これらのセンサには
実際のアーム位置の角度データが送出される。このデー
タは本発明にとって必要なものである。さらに各セグメ
ントＳには図には示されていないトルクセンサが設けら
れている。これは内部制御回路にセグメントＳに実際に
加えられたトルクを供給する。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御量を説明するために従来技術から公知の制
御装置を示した図である。

【図２】本発明による制御装置の一例を示した図であ
る。

【図３】変速機を備えたモータを介して駆動される関節
アームセグメントの機械モデルを示した図である。

【図４】隣接する２つの関節アームにおける制御加速を
制限するための一例を示した図である。

【図５】関節アームの概略図である。

【符号の説明】

１ 第１の制御器 ２ 第２の制御器 ＩＮＶ インバースモデル Ｒ 関節アーム Ｍ モータ Ｗ センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動式関節アームのための制御装
   置において、 ａ) 関節アームのセグメント（Ｓ）の少なくとも１つの
   関節に、第１の角度信号（θ,θ′）を、関節に設定さ
   れる角度に依存して送出する角度センサが設けられてお
   り、 ｂ)駆動設定値（ｕ）からモータ駆動トルク（ｍ）のモ
   ータ慣性成分（ｍ）を決定するために、前記関節にモー
   タ（Ｍ）の少なくとも１つの第１のインバースモデル
   （ＩＴ）が設けられており、 ｃ）モータ駆動トルク（ｍ）のモデル負荷成分（τ）を
   実際の角度量およびその時間導関数（θ,θ′）に結び
   つけて駆動設定値（ｕ）から決定するために、モータに
   よって移動させるべき第１の負荷の少なくとも１つの第
   ２のインバースモデル（ＩＬ）が設けられており、 ｄ）前記関節アームを制御する第１の制御器（１）が設
   けられており、 ｅ）前記負荷における負荷振動を減衰するための第２の
   制御器（２）が設けられており、 ｆ）前記負荷にモータ駆動トルク（ｍ）の負荷成分
   （τ,τ′）を測定するセンサ（Ｗ）が設けられてお
   り、 ｇ）前記第２のインバースモデル（ＩＬ）に角度センサ
   が接続されており、 ｈ）前記角度センサは第１の制御器（１）に接続され、
   該制御器は少なくとも角度信号およびその時間導関数
   （θ,θ′）と、外部から供給されるこれらの値の目標
   量（θ_soll,θ′_soll）から角度及びその時間導関数の
   調整量を求め、これによって求められた調整量は外部か
   ら供給される、角度の第２の時間導関数に対する目標値
   （θ″_soll）と共に駆動設定値（ｕ）に加算され、 ｉ）前記第２の制御器（２）は、前記センサ（Ｗ）に接
   続されており、それによって前記第２の制御器（２）は
   モータ駆動トルク（ｍ）の前記センサ（ｗ）によって測
   定された負荷成分（τ,τ′）を受取り、さらに前記第
   ２の制御器（２）は第２のインバースモデル（ＩＬ）に
   接続されており、これによって前記第２の制御器（２）
   は第２のインバースモデル（ＩＬ）からモータ駆動トル
   ク（ｍ）の所定の負荷成分（τ）を受取り、該所定の負
   荷成分（τ）とこれらの値の時間導関数からモータ駆動
   トルクの負荷成分に対する負荷成分調整量（ｍ^）が求
   められ、 ｊ）前記負荷成分調整量（ｍ^）が少なくともモデル負
   荷成分とモータ慣性成分（ｍ）と共に第１のモータ
   （Ｍ）に対する設定トルク（ｍ）に加算的に結合され、
   前記モータ（Ｍ）に供給されることを特徴とする、モー
   タ駆動式関節アームのための制御装置。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの第１の関節部と第２の
   関節部が所属のモータと共に設けられており、前記第１
   及び第２の関節部の第１及び第２の駆動設定値（Ｕ１,
   Ｕ２）を制限するための第１及び第２のリミッタが設け
   られており、前記各リミッタは、各関節部に設けられた
   角度センサに接続され、角度信号（θ,θ′）に依存し
   てそのつどの駆動設定値（Ｕ１,Ｕ２）を制限する、請
   求項１記載のモータ駆動式関節アームのための制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記制御器（１,２）の少なくとも１つ
   がＰＤ制御器である、請求項１又は２記載のモータ駆動
   式関節アームのための制御装置。
4. 【請求項４】 モータ駆動式関節アームの制御方法にお
   いて、 ａ）各セグメント（Ｓ）毎に少なくとも１つの外部及び
   内部制御回路を使用し、 ｂ）外部制御回路（ＰＤ,ＩＮＶ,Ｒ）によって、関節駆
   動モータ（Ｍ）のモータトルク（ｍ）を、アームセグメ
   ント（Ｓ）のインバースモデル（ＩＮＶ）を用いて、ア
   ームセグメントにて測定される調整角度（θ）と、調整
   角度に対する目標値と、第１及び第２の時間導関数（θ
   _soll,θ′_soll,θ″_soll）に依存して制御加速度（ｕ）
   に関して剛性形関節アームに対する公知手法で求め、 ｃ）負荷成分トルク（τ）を形成するために、前記ステ
   ップｂ）にて求められたモータトルク（ｍ）からモータ
   慣性トルクを減算し、 ｄ）負荷成分トルク（τ）を負荷において測定し、ｅ）
   内部制御回路（Ｒ,２,ＩＬ）は、測定された負荷トルク
   と算出された負荷トルクと、その時間導関数との比較か
   ら調整トルク（ｍ^）を形成し、該調整トルク（ｍ^）を
   前記ステップ（ｂ）のもとで求められた駆動トルク
   （ｍ）に負荷振動の補償のために加算的に重畳させるこ
   とを特徴とするモータ駆動式関節アームの制御方法。
5. 【請求項５】 前記制御回路（１,２）の少なくとも１
   つを比例/微分方式で制御する、請求項４記載のモータ
   駆動式関節アームの制御方法。
6. 【請求項６】 前記内部制御回路（２）を外部制御回路
   （１）よりも速く動作させる、請求項４又は５記載のモ
   ータ駆動式関節アームの制御方法。
7. 【請求項７】 隣接する２つの関節部の前記外部制御回
   路に供給される制御加速度（Ｕ１,Ｕ２）を該関節部の
   相互の角度位置と時間的な角度変化量に依存して制限す
   る、請求項４〜６いずれか１項記載のモータ駆動式関節
   アームの制御方法。
8. 【請求項８】 前記制御加速度（Ｕ１,Ｕ２）の制限に
   おいて、 ２つの制御加速度によって座標系を形成し、 駆動モータのそれぞれの最大駆動トルクを前記座標系に
   プロットして平行四辺形を形成し、 前記平行四辺形外に存在する制御加速度値をそれぞれの
   軸方向で限界値を得るために当該平行四辺形上に投影
   し、 前記平行四辺形外に存在しているために投影不可能な制
   御加速度値によって、相応の平行四辺形頂点の値を限界
   値として得る、請求項７記載のモータ駆動式関節アーム
   の制御方法。