JPH08278822A - Impedance control method - Google Patents

Impedance control method

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JPH08278822A
JPH08278822A JP8097095A JP8097095A JPH08278822A JP H08278822 A JPH08278822 A JP H08278822A JP 8097095 A JP8097095 A JP 8097095A JP 8097095 A JP8097095 A JP 8097095A JP H08278822 A JPH08278822 A JP H08278822A
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JP
Japan
Prior art keywords
target
force
work
speed
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP8097095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Murata
隆志 村田
Yoichi Kimura
洋一 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP8097095A priority Critical patent/JPH08278822A/en
Publication of JPH08278822A publication Critical patent/JPH08278822A/en
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Abstract

PURPOSE: To simultaneously control the finishing state and deformation of an operation object by constituting the processes of the contact and deformation of a controlled system and the operation object as a machine impedance model and controlling a deformation process. CONSTITUTION: The model of the contact process of the controlled system and the operation object and the deformation process of the operation object are constituted as the machine impedance model for which the position and speed of the controlled system to the operation object are amounts relating to balance. Then, a system 7 provided with the controlled system and the operation object detects force F applied to the operation object by the controlled system and the position X and the velocity V of the controlled system to the operation object, inputs the target position and target velocity of the controlled system to the operation object and controls the position and the velocity. In this case, the target velocity Vd and target displacement Xd are respectively the solutions of the relocity and displacement of the machine impedance model and are the parameters of the velocity and the displacement to be obtained by the sliding part of the system 7 and target force Fd is the parameter of the force applied to the operation object by the controlled system.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、制御対象が作業対象物
に加える力、もしくは作業対象物が制御対象に加える力
である外力と、制御対象の硬さである剛性と、制御対象
の減衰である粘性と、制御対象の質量である慣性と、制
御対象もしくは作業対象物の位置と速度と加速度をパラ
メータとする、株式会社コロナ社より1988年11月
25日に初版第1刷が発行されている、コンピュータ制
御機械システムシリーズ10のロボット制御基礎論の1
80ページに記載のされている機械インピーダンスと、
制御対象と作業対象物が任意の剛性と任意の粘性を伴っ
た力で接触する過程である接触プロセスを協調制御する
ことで、作業対象物の硬さと、作業対象物の減衰と、制
御対象が作業対象物に加える力によって作業対象物が変
形する過程である変形プロセスも協調制御するインピー
ダンス制御方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an external force which is a force applied to a work object by a controlled object or a force which the work object applies to a controlled object, a rigidity which is hardness of the controlled object, and a damping of the controlled object. The first edition of the first edition was issued on November 25, 1988 by Corona Co., Ltd., with parameters such as viscosity, inertia of mass of controlled object, position, velocity and acceleration of controlled object or work object. 1 of the basic theory of robot control of computer controlled mechanical system series 10
Mechanical impedance described on page 80,
By cooperatively controlling the contact process, which is the process in which the control target and the work target contact with a force with arbitrary rigidity and arbitrary viscosity, the hardness of the work target, the damping of the work target, and the control target are The present invention relates to an impedance control method for cooperatively controlling a deformation process, which is a process of deforming a work target by a force applied to the work target.

【0002】具体的には、力センサもしくはロードセル
からの力のフィードバックと、前記機械インピーダンス
の数学モデルと、加工機等の制御対象がワーク等の作業
対象物に加える任意の力より、制御対象が得るべき加速
度を求め、前記加速度から制御対象が得るべき速度と位
置を求め、位置検出器からの位置のフィードバックもし
くは速度検出器による速度のフィードバックと、変形プ
ロセスの数学モデルから望みの変形に必要な力を求め、
前記制御対象が得るべき速度と位置と変形プロセスから
変形を起こしている力を求め、前記変形に必要な力と前
記変形を起こしている力の差と、制御対象が得るべき速
度と速度検出器による速度の差と、前記制御対象が得る
べき位置と位置検出器による位置の差から、制御対象と
作業対象物との相対的な剛性と粘性の関係である接触モ
デルを求め、前記機械インピーダンスと前記接触モデル
に基づく接触を制御し、作業対象物の変形を望みの状態
にするように、制御対象を制御する制御手法に関する。
Specifically, the controlled object is controlled by the force feedback from the force sensor or the load cell, the mathematical model of the mechanical impedance, and the arbitrary force applied by the controlled object such as the processing machine to the work object such as the work. The acceleration to be obtained is obtained, and the velocity and position to be obtained by the controlled object are obtained from the acceleration.Feedback of the position from the position detector or velocity feedback by the velocity detector and the mathematical model of the deformation process are necessary for the desired deformation. Seeking power,
The speed and position of the controlled object are obtained, and the force causing the deformation is obtained from the deformation process, the difference between the force necessary for the deformation and the force causing the deformation, and the speed and the speed detector to be obtained by the controlled object. From the difference in speed due to, and the difference between the position to be obtained by the controlled object and the position by the position detector, a contact model that is a relative rigidity and viscosity relationship between the controlled object and the work object is obtained, and the mechanical impedance and The present invention relates to a control method for controlling a contact based on the contact model and controlling a control target so that a deformation of a work target is in a desired state.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来の技術として開示されているものと
して、作業対象物に作用する力を検出し、検出された力
に基づいて制御対象の位置を制御するシステムにおい
て、コンプライアンスに関するパラメータ、及びコンプ
ライアンスの釣合に関する量を指定し、前記指定された
コンプライアンスに関するパラメータ、力に関する量を
含む、世界座標系における制御対象の位置の軌道を生成
し、前記世界座標系における制御対象の軌道を、同制御
対象の位置の軌道に変換し、前記座標系における制御対
象の位置の軌道から、同座標系における制御対象の速度
の軌道と加速度の軌道を生成し、前記固有の座標系にお
ける制御対象の位置、速度、及び加速度の軌道に追従さ
せるべく、同制御対象の位置制御を行うことで、コンプ
ライアンス制御を位置制御に帰着させ、サーボによる位
置剛性の高い産業用マニピュレータにおいて比較的速度
の遅い場合のコンプライアンス制御が可能であり、前記
コンプライアンス制御に用いるパラメータの一つである
剛性を自由に設定することで、微妙な力加減を必要とす
る組立作業を行うコンプライアンス制御に関する制御手
法が特公平6−83976に論じられている。
2. Description of the Related Art As a system disclosed in the prior art, in a system for detecting a force acting on a work object and controlling the position of a control target based on the detected force, a parameter relating to compliance and a compliance Of the control target position in the world coordinate system is generated by specifying a quantity related to the balance of the control target and a parameter related to the specified compliance and a quantity related to the force. Converted to the trajectory of the position of the target, from the trajectory of the position of the controlled object in the coordinate system, to generate the trajectory of the velocity and the acceleration of the controlled object in the coordinate system, the position of the controlled object in the unique coordinate system, In order to follow the trajectory of speed and acceleration, position control of the same control target is performed, and compliance control is improved. It is possible to reduce the control, and the compliance control when the speed is comparatively slow in the industrial manipulator with a high position rigidity by the servo is possible.By freely setting the rigidity, which is one of the parameters used for the compliance control, Japanese Patent Publication No. 6-83976 discusses a control method relating to compliance control for performing an assembly work that requires various force adjustments.

【0004】また、バリ取りツールを剛体とみなし、コ
ンプライアンス機構をモデルにツールの運動方程式を定
め、ツールの位置と速度を、位置検出器と速度検出器に
よって求め、ツールに作用する力を力検出器によって求
め、前記運動方程式のパラメータの内、慣性と粘性と剛
性を任意に定め、前記位置と前記速度と前記力を前記運
動方程式に代入し、前記運動方程式を制御パラメータで
ある位置もしくは速度もしくは力について解き、解かれ
た制御パラメータを目標値としてロボットを制御し、ロ
ボットによるバリ取り作業を行うための制御方法に関す
る仮想コンプライアンス制御方法が、1993年1月発
行の日本ロボット学会誌11巻1号に論じられている。
Further, the deburring tool is regarded as a rigid body, the equation of motion of the tool is determined using the compliance mechanism as a model, the position and speed of the tool are determined by a position detector and a speed detector, and the force acting on the tool is detected. Of the parameters of the equation of motion, inertia, viscosity, and rigidity are arbitrarily determined, and the position, the velocity, and the force are substituted into the equation of motion, and the equation of motion is the position or velocity that is a control parameter, or A virtual compliance control method concerning a control method for solving a force, controlling a robot by using a solved control parameter as a target value, and performing deburring work by the robot, is published in January 1993, Journal of the Robotics Society of Japan, Volume 11, No. 1. Are discussed in.

【0005】更に、絞り圧延において、肉厚を高精度に
制御するために、連続多段圧延機により素管を圧延する
に際し、各スタンドにおける、絞り圧延前後の管の外径
と肉厚、及び、仕上り管の目標外径と肉厚に基づいて、
物理的に付加可能な最大引張係数を各スタンドについて
求め、1本目圧延時の各スタンドにおける絞り圧延前後
の管の外径と肉厚、ロールの回転数、及び仕上り管の実
績外径と実績肉厚に基づいて、実際に付加される実引張
係数を各スタンドについて求め、実引張係数が最大引張
係数を超えているスタンドについては、実引張係数をそ
の最大引張係数以下に修正し、修正後の最大引張係数を
基に目標肉厚の仕上り管が得られるように他の各スタン
ドについて実引張係数を求め、設定する、絞り圧延機の
肉厚制御方法が特開平05−237532公報に論じら
れている。
Furthermore, in drawing rolling, in order to control the wall thickness with high accuracy, when rolling a raw pipe by a continuous multi-stage rolling mill, the outer diameter and wall thickness of the pipe before and after drawing rolling in each stand, and Based on the target outer diameter and wall thickness of the finished pipe,
The maximum tensile coefficient that can be physically added is calculated for each stand, and the outer diameter and wall thickness of the pipe before and after drawing and rolling at each stand during the first rolling, the rotation speed of the roll, and the actual outer diameter and actual meat of the finished pipe. Based on the thickness, determine the actual tension coefficient actually added for each stand.For stands whose actual tension coefficient exceeds the maximum tension coefficient, modify the actual tension coefficient to be less than or equal to the maximum tension coefficient. JP-A-05-237532 discloses a wall thickness control method for a squeezing and rolling machine, which obtains and sets an actual tensile coefficient for each of the other stands so that a finished pipe having a target wall thickness can be obtained based on the maximum tensile coefficient. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、作業
対象物から見た制御対象の剛性と粘性による作業対象物
の仕上がり具合、もしくは制御対象が作業対象物に加え
る力による作業対象物の図面寸法に対する歪みへの適
応、もしくは制御対象が作業対象物に加える力による作
業対象物の変形の、どれか1つを制御することは可能で
あるが、全てを制御することは不可能であり、仕上がり
具合と歪への適応が共に必要な作業対象物を変形させる
場合には不十分である。
SUMMARY OF THE INVENTION The above prior art is based on the drawing of the work object by the finish condition of the work object due to the rigidity and viscosity of the control object viewed from the work object, or the force applied by the control object to the work object. It is possible to control any one of the adaptation to the distortion with respect to the dimension or the deformation of the work object due to the force that the control object applies to the work object, but it is impossible to control all of them. It is not sufficient when deforming a work object that requires both finish and adaptation to distortion.

【0007】本発明の目的は、作業対象物から見た制御
対象の剛性と粘性による作業対象物の仕上がり具合と、
制御対象が作業対象物に加える力による作業対象物の図
面寸法に対する歪みへの適応と、制御対象が作業対象物
に加える力による作業対象物の変形を同時に制御する方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a finish of a work object based on the rigidity and viscosity of the control object viewed from the work object,
It is an object of the present invention to provide a method of adapting to a distortion of a work object with respect to a drawing dimension by a force applied to a work object by a controlled object and simultaneously controlling deformation of the work object due to a force applied by the controlled object to the object.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、制御対象が作業対象物に加える力と、作業対象物に
対する制御対象の位置と速度を検出し、前記作業対象物
に対する前記制御対象の目標位置と目標速度を入力し、
前記位置と前記速度を制御可能にするシステムにおい
て、前記制御対象が、指定した機械インピーダンスを持
つように、前記機械インピーダンスに関するパラメータ
を指定し、前記指定した機械インピーダンスに関するパ
ラメータ、検出された力、及び目標とする力と補正すべ
き力を含む、制御対象座標系における運動方程式を解い
て、前記運動方程式を満足する、作業対象物に対する前
記制御対象の目標位置と目標速度を求め、前記目標位置
と前記目標速度をシステムに入力し、位置と速度を制御
して制御対象が作業対象物に加える力が前記目標とする
力となるような力制御用の主制御系を構成し、更に、制
御対象と作業対象物の接触プロセスのモデルと、作業対
象物の変形プロセスを、前記作業対象物に対する前記制
御対象の位置と速度を釣合に関する量とする機械インピ
ーダンスモデルとして構成し、変形プロセスが指定した
通り進行するように、接触プロセスを実行するための、
前記機械インピーダンスモデルのパラメータを設定し、
指定したパラメータと、作業対象物に対する制御対象の
位置と速度と目標位置と目標速度とを前記機械インピー
ダンスモデルに入力し、補正すべき力を出力として得、
前記補正すべき力を主制御系に入力し、作業対象の変形
プロセスが指定した通り進行するようにシステムを制御
することを特徴とするインピーダンス制御方法である。
In order to solve the above-mentioned object, a force applied by a controlled object to a work object, a position and a speed of the controlled object with respect to the work object are detected, and the controlled object with respect to the work object is detected. Enter the target position and target speed of
In the system capable of controlling the position and the velocity, the controlled object specifies a parameter related to the mechanical impedance so that the controlled object has a specified mechanical impedance, the parameter related to the specified mechanical impedance, a detected force, and Solving the equation of motion in the coordinate system of the controlled object, including the force to be corrected and the force to be corrected, to obtain the target position and the target velocity of the controlled object with respect to the work object, which satisfy the equation of motion, and the target position and A main control system for force control is configured such that the target speed is input to the system, the position and speed are controlled, and the force applied by the control target to the work target becomes the target force. And the model of the contact process of the work object, and the deformation process of the work object, the position and speed of the controlled object with respect to the work object Configured as mechanical impedance models that quantity related balance, to proceed as deformation process is specified, for executing the contact process,
Set the parameters of the mechanical impedance model,
Specified parameters, the position and speed of the controlled object with respect to the work object and the target position and target speed are input to the mechanical impedance model, and the force to be corrected is obtained as an output,
The impedance control method is characterized in that the force to be corrected is input to a main control system and the system is controlled so that the deformation process of the work object proceeds as specified.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、力センサもしくはロードセル
からの力のフィードバックと、前記機械インピーダンス
の数学モデルと、加工機等の制御対象がワーク等の作業
対象物に加える任意の力より、制御対象が得るべき加速
度を求め、前記加速度から制御対象が得るべき速度と位
置を求め、速度制御もしくは位置制御して、制御対象が
作業対象物に加える力による作業対象物の図面寸法に対
する歪みへの適応を行い、位置検出器からの位置のフィ
ードバックもしくは速度検出器による速度のフィードバ
ックと、変形プロセスの数学モデルから望みの変形に必
要な力を求め、前記制御対象が得るべき速度と位置と変
形プロセスから変形を起こしている力を求め、前記変形
に必要な力と前記変形を起こしている力の差と、制御対
象が得るべき速度と速度検出器による速度の差と、前記
制御対象が得るべき位置と位置検出器による位置の差か
ら、制御対象と作業対象物との相対的な剛性と粘性の関
係である接触モデルを求め、前記機械インピーダンスと
前記接触モデルに基づく接触を制御して作業対象物から
見た制御対象の剛性と粘性による作業対象物の仕上がり
具合を補償し、かつ制御対象が作業対象物に加える力に
よる作業対象物の変形を同時に補償することで、作業対
象物から見た制御対象の剛性と粘性による作業対象物の
仕上がり具合と、制御対象が作業対象物に加える力によ
る作業対象物の図面寸法に対する歪みへの適応と、制御
対象が作業対象物に加える力による作業対象物の変形を
同時に補償する。
According to the present invention, the force feedback from the force sensor or the load cell, the mathematical model of the mechanical impedance, and the arbitrary force applied by the control target such as the processing machine to the work target such as the work are controlled by the control target. The acceleration to be obtained is obtained, the speed and position to be obtained by the controlled object are obtained from the acceleration, and speed control or position control is performed to adapt to the distortion of the work object due to the force applied to the work object with respect to the drawing dimension. The position feedback from the position detector or the velocity feedback from the velocity detector, and the force necessary for the desired deformation from the mathematical model of the deformation process are obtained. Determining the force causing the deformation, the difference between the force required for the deformation and the force causing the deformation, and the speed that the controlled object should obtain. From the difference in speed due to the speed detector, and the difference between the position to be obtained by the controlled object and the position due to the position detector, a contact model that is a relative rigidity and viscosity relationship between the controlled object and the work object is obtained, and The work object is controlled by controlling the contact based on the mechanical impedance and the contact model to compensate for the finish condition of the work object due to the rigidity and viscosity of the control object viewed from the work object, and by the force applied by the control object to the work object. By simultaneously compensating for the deformation of the work object, the finished condition of the work object due to the rigidity and viscosity of the control object seen from the work object and the distortion of the work object against the drawing dimension due to the force applied to the work object by the control object The adaptation and the deformation of the work object due to the force exerted by the control object on the work object are simultaneously compensated.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例をバリ取り作業を例に
して図面に従って説明する。図2は、本発明を説明する
ための1次元の力学モデルである。図中の番号及び記号
は、機械要素及び物理量を示す。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings by taking deburring work as an example. FIG. 2 is a one-dimensional dynamic model for explaining the present invention. The numbers and symbols in the figure indicate mechanical elements and physical quantities.

【0011】制御対象の一つである質量1/KI の摺動
部1は、図中の変位Xで示される方向に摺動する。摺動
部1は、粘性Cd のダッシュポット2に固着している。
ダッシュポット2は、剛性1/KP のバネ3と直列に固
着している。バネ3は、制御対象の一つである本体8に
固着している。本体8が本来持つ質量は、摺動部1が負
担していると仮定する。故に、本発明においては、本体
8の質量は零であると仮定する。摺動部1を制御するパ
ラメータは目標変位Xd 、本体8を制御するパラメータ
は目標力Fd である。
The sliding portion 1 having a mass of 1 / KI, which is one of the controlled objects, slides in the direction indicated by displacement X in the figure. The sliding portion 1 is fixed to the dashpot 2 having a viscosity Cd.
The dashpot 2 is fixed in series with a spring 3 having a rigidity of 1 / KP. The spring 3 is fixed to the main body 8 which is one of the controlled objects. It is assumed that the sliding part 1 bears the original mass of the main body 8. Therefore, in the present invention, it is assumed that the mass of the body 8 is zero. The parameter for controlling the sliding portion 1 is the target displacement Xd, and the parameter for controlling the main body 8 is the target force Fd.

【0012】剛性Kの補助バネ5と、粘性Dの補助ダッ
シュポット6は、各々一端を摺動部1に、他端を作業対
象物であるワーク9に固着されており、各々並列に配置
されている。バリ10はワーク9の一部であり、摺動部
1に固定された回転工具先端の刃が摺動方向と同時に紙
面内垂直方向に運動することによって取り除かれる部分
である。ワーク9は、バリ10が取り除かれることによ
って変形する。本体8とワーク9とバリ10によってシ
ステムを構成しているものとする。なお、図中に示した
バネ、ダッシュポット、質量の機械要素は作用を模式的
に表したものであり、実システムにおいてはソフトウエ
アで実現が可能である。
An auxiliary spring 5 of rigidity K and an auxiliary dashpot 6 of viscosity D are fixed to the sliding portion 1 at one end and to the work 9 as the work object at the other end, and are arranged in parallel. ing. The burr 10 is a part of the work 9, and is a part that is removed by the blade of the tip of the rotary tool fixed to the sliding part 1 moving in the direction perpendicular to the plane of the drawing at the same time as the sliding direction. The work 9 is deformed by removing the burr 10. It is assumed that the main body 8, the work 9 and the burr 10 constitute a system. The mechanical elements of the spring, dashpot, and mass shown in the figure schematically represent the operation, and can be realized by software in an actual system.

【0013】目標変位Xd は摺動部1が動くべき変位で
ある。変位Xは摺動部1が実際にある変位である。目標
速度Vd は摺動部1が目標変位Xd を得るための摺動部
1の速度、速度Vは摺動部1の実際の速度である。補助
バネ5の力学的平衡点は変位Xであるとする。このとき
摺動部1に目標変位Xd を与えると、復原力fは接触プ
ロセスの数学モデルである数1で与えられる。復原力f
を、変位xと目標変位xd の差で偏微分したものが、補
助バネ5の剛性Kであり、ワーク9から見た摺動部1の
剛性の減少量である。復原力fを、実際速度Vと目標速
度Vd の差で偏微分したものが、補助ダッシュポット6
の粘性Dであり、ワーク9から見た摺動部1の粘性の減
少量である。なお、数1第1項であるf1 は実際の変形
に必要な力、数1第2項であるf2 は目標とする変形に
必要な力である。数1に示すf1及びf2 を求める過
程を示す数式は、変形プロセスを公知の機械インピーダ
ンスモデルに近似した数学モデルである。
The target displacement Xd is the displacement that the sliding portion 1 should move. The displacement X is the displacement in which the sliding portion 1 actually exists. The target speed Vd is the speed of the sliding portion 1 for the sliding portion 1 to obtain the target displacement Xd, and the speed V is the actual speed of the sliding portion 1. The mechanical equilibrium point of the auxiliary spring 5 is the displacement X. At this time, when the target displacement Xd is given to the sliding portion 1, the restoring force f is given by the mathematical model 1 of the contact process. Restoration force f
Is partially differentiated by the difference between the displacement x and the target displacement xd, which is the rigidity K of the auxiliary spring 5, which is the amount of decrease in the rigidity of the sliding portion 1 viewed from the work 9. The partial difference of the restoring force f by the difference between the actual speed V and the target speed Vd is the auxiliary dashpot 6
Viscosity D, which is the amount of decrease in the viscosity of the sliding portion 1 when viewed from the work 9. In addition, f1 which is the first term of Formula 1 is a force required for actual deformation, and f2 which is the second term of Formula 1 is a force required for target deformation. The mathematical formula showing the process of obtaining f1 and f2 shown in Formula 1 is a mathematical model that approximates the deformation process to a known mechanical impedance model.

【0014】[0014]

【数1】f=f1−f2 ただし f1=K・X+D・V f2=K・Xd+D・Vd[Formula 1] f = f1−f2 where f1 = K · X + D · V f2 = K · Xd + D · Vd

【0015】目標力Fd は摺動部1とダッシュポット2
とバネ3からなる直列系が本体8から受ける力である。
力Fは摺動部1がワーク9に与える力である。前記直列
系には、目標力Fd と復原力fと、力Fの反力である大
きさ−Fの力が作用している。目標力Fd と復原力fと
力Fの反力である大きさ−Fの力の合力を合力ΔFとす
る。目標力Fd と復原力fと力F、及び合力ΔFの関係
を数2に示す。
The target force Fd is the sliding portion 1 and the dashpot 2
This is the force received from the main body 8 by the series system composed of the spring 3 and the spring 3.
The force F is a force applied to the work 9 by the sliding portion 1. A target force Fd, a restoring force f, and a force of magnitude −F, which is a reaction force of the force F, act on the series system. The resultant force of the target force Fd, the restoring force f, and the force of magnitude −F, which is the reaction force of the force F, is defined as the resultant force ΔF. The relationship among the target force Fd, the restoring force f, the force F, and the resultant force ΔF is shown in Equation 2.

【0016】[0016]

【数2】ΔF=Fd+f−F 摺動部1が目標速度Vd を得るための摺動部1の加速度
を目標加速度Ad とする。摺動部1とダッシュポット2
とバネ3からなる直列系に関する運動方程式である、機
械インピーダンスの数学モデルは、公知の一般力学を用
いて数3で表される。(d/dt)は微分演算子、・は
乗算演算子、/は除算演算子である。数3は両辺を積分
することで、数4としても示すことが可能である。∫は
積分演算子である。数3と数4は機械インピーダンスモ
デルとしては等価である。
## EQU2 ## ΔF = Fd + f−F The acceleration of the sliding portion 1 for the sliding portion 1 to obtain the target speed Vd is the target acceleration Ad. Sliding part 1 and dashpot 2
The mathematical model of the mechanical impedance, which is the equation of motion for the series system including the spring 3 and the spring 3, is expressed by Equation 3 using known general mechanics. (D / dt) is a differential operator, · is a multiplication operator, and / is a division operator. Equation 3 can also be expressed as Equation 4 by integrating both sides. ∫ is an integral operator. Equations 3 and 4 are equivalent as a mechanical impedance model.

【数3】ΔF+Cd・KP・(d/dt)・ΔF=(Ad
/KI)+Cd・Vd
[Formula 3] ΔF + Cd · KP · (d / dt) · ΔF = (Ad
/ KI) + Cd ・ Vd

【数4】∫ΔF・dt+Cd・KP・ΔF=(Vd/KI)
+Cd・Xd
[Equation 4] ∫ΔF ・ dt + Cd ・ KP ・ ΔF = (Vd / KI)
+ Cd ・ Xd

【0017】数3を用いて、目標加速度Ad を、数5に
示すように求めることが可能である。また、数4を用い
て、目標速度Vd を数6に示す様に求めることが可能で
ある。数3と数4は等価であるので、数5と数6も等価
である。数6は、本発明における主制御系の数学モデル
である。
The target acceleration Ad can be obtained as shown in Expression 5 by using Expression 3. Further, the target velocity Vd can be obtained as shown in the equation 6 by using the equation 4. Since the expressions 3 and 4 are equivalent, the expressions 5 and 6 are also equivalent. Expression 6 is a mathematical model of the main control system in the present invention.

【数5】Ad=KI・{ΔF+Cd・KP・(d/dt)・
ΔF−Cd・Vd}
[Equation 5] Ad = KI · {ΔF + Cd · KP · (d / dt) ·
ΔF-Cd ・ Vd}

【数6】Vd=KI・(∫ΔF・dt+Cd・KP・ΔF−
Cd・Xd)
[Equation 6] Vd = KI · (∫ΔF · dt + Cd · KP · ΔF−
Cd ・ Xd)

【0018】次に、本発明のインピーダンス制御方法を
状態変数線図により説明する。図1は本発明を表す状態
変数線図であり、システム7を駆動するに当たり、駆動
に必要な入力である目標値を求めるためのフィードバッ
ク制御系を示す。ただし、図中において、図2の番号及
び記号で示したパラメータと、同じ番号及び記号で示さ
れるものについては、前記番号で示される機械要素のも
つ物理量、及び前記記号で示される物理量は等価であ
る。すなわち、図2で示した機械要素の中で制御装置で
内部的に構成するものについては、接頭語に「仮想」を
付してある。
Next, the impedance control method of the present invention will be described with reference to a state variable diagram. FIG. 1 is a state variable diagram showing the present invention, and shows a feedback control system for obtaining a target value which is an input required for driving when driving the system 7. However, in the figure, for the parameters indicated by the numbers and symbols in FIG. 2 and those indicated by the same numbers and symbols, the physical quantity possessed by the mechanical element indicated by the number and the physical quantity indicated by the symbol are equivalent. is there. That is, among the mechanical elements shown in FIG. 2, those which are internally configured by the control device are added with "virtual" in the prefix.

【0019】積分ゲイン1は大きさKI のパラメータで
あり、システム7の摺動部の仮想質量の逆数である。仮
想粘性2は大きさCd のパラメータである。比例ゲイン
3は大きさKp のパラメータである。積分器4は公知の
積分器である。仮想バネ5は大きさKのパラメータであ
り、制御対象と作業対象物が接触しかつ作業対象物が変
形している場合の、単位変形量当たりの制御対象から作
業対象物が受けている力と等価である。仮想粘性6は大
きさDのパラメータであり、制御対象と作業対象物が接
触し、かつ作業対象物が変形している場合の、単位変形
速度当たりの制御対象から作業対象物が受けている力と
等価である。システム7は制御対象と作業対象物を含む
系であり、制御対象が作業対象物に加える力と、作業対
象物に対する制御対象の位置と速度を検出し、前記作業
対象物に対する前記制御対象の目標位置と目標速度を入
力し、前記位置と前記速度を制御可能にするシステムで
ある。
The integral gain 1 is a parameter of size KI and is the reciprocal of the virtual mass of the sliding portion of the system 7. The virtual viscosity 2 is a parameter of the magnitude Cd. The proportional gain 3 is a parameter of size Kp. The integrator 4 is a known integrator. The virtual spring 5 is a parameter of the size K, and is a force received by the work target from the control target per unit deformation amount when the control target and the work target are in contact with each other and the work target is deformed. Are equivalent. The virtual viscosity 6 is a parameter of the size D, and the force received by the work target from the control target per unit deformation speed when the control target and the work target are in contact with each other and the work target is deformed. Is equivalent to The system 7 is a system including a control target and a work target, detects a force applied to the work target by the control target, and the position and speed of the control target with respect to the work target, and determines the target of the control target with respect to the work target. It is a system that enables control of the position and the speed by inputting the position and the target speed.

【0020】目標力Fd は作業対象物が変形し、かつ制
御対象が作業対象物の望みの変形面に、作業対象物が持
つ歪に応じて接触するための力を示すパラメータであ
り、制御対象が作業対象物に加えるべき力のパラメータ
である。目標速度Vd は機械インピーダンスモデルの速
度の解であり、システム7の摺動部が得るべき速度のパ
ラメータである。目標変位Xd は機械インピーダンスモ
デルの変位の解であり、システム7の摺動部が得るべき
変位のパラメータである。速度Vは制御対象の実際の速
度のパラメータである。変位Xは制御対象の実際の変位
のパラメータである。力Fは作業対象物が制御対象より
受けている外力のパラメータである。そして仮想質量、
仮想粘性、仮想バネの各パラメータは、工具がワークを
加工するプロセスを、ワークに対する工具の運動と、工
具からワークへ与える外力と、これらの運動と外力の結
果としてワークに生ずる加工状態の関係から予め同定が
可能である。つまり、これらのパラメータを作業対象に
合わせて設定することにより、一定範囲内の図面寸法に
対する歪を吸収して設定幅のバリ取りができる。
The target force Fd is a parameter indicating the force for the work object to deform and the control object to contact the desired deformation surface of the work object in accordance with the strain of the work object. Is a parameter of the force to be applied to the work object. The target velocity Vd is a velocity solution of the mechanical impedance model, and is a velocity parameter that the sliding portion of the system 7 should obtain. The target displacement Xd is a solution of the displacement of the mechanical impedance model, and is a parameter of the displacement that the sliding part of the system 7 should obtain. The speed V is a parameter of the actual speed of the controlled object. The displacement X is a parameter of the actual displacement of the controlled object. The force F is a parameter of the external force that the work object receives from the controlled object. And the virtual mass,
The parameters of virtual viscosity and virtual spring are based on the relationship between the process of the tool to machine the work, the movement of the tool with respect to the work, the external force applied from the tool to the work, and the machining state that occurs on the work as a result of these movements and external forces. It can be identified in advance. That is, by setting these parameters in accordance with the work target, it is possible to absorb the distortion with respect to the drawing dimension within a certain range and deburr the set width.

【0021】図1(a)はシステム7において、変位X
と速度Vと力Fを検出し、目標変位Xd を入力すること
によって位置Xを制御可能な場合の、本発明を表す状態
変数線図である。
FIG. 1A shows the displacement X in the system 7.
FIG. 6 is a state variable diagram showing the present invention when the position X can be controlled by detecting the velocity V and the force F, and inputting the target displacement Xd.

【0022】図1(b)はシステム7において、変位X
と速度Vと力Fを検出し、目標速度Vd を入力すること
によって速度Vを制御可能な場合の、本発明を表す状態
変数線図である。
FIG. 1B shows the displacement X in the system 7.
FIG. 3 is a state variable diagram showing the present invention when the velocity V can be controlled by detecting the velocity V and the force F, and inputting the target velocity Vd.

【0023】図1(c)はシステム7において、変位X
と力Fを検出し、目標変位Xd を入力することによって
変位Xを制御可能な場合の、本発明を表す状態変数線図
である。図2において、本体8とワーク9とバリ10に
よってシステムを構成していると仮定すると、前記シス
テムは図1におけるシステム7と等価である。なお、本
発明は、システム7において、変位Xと力Fを検出し、
目標速度Vd を入力することによって速度Vを制御可能
な場合でも適応可能である。更に、本発明は、システム
7において、速度Vと力Fを検出し、目標速度Vd を入
力することによって速度Vを制御可能な場合でも適応可
能である。
FIG. 1C shows the displacement X in the system 7.
FIG. 7 is a state variable diagram showing the present invention when the displacement X can be controlled by detecting the force F and the force F and inputting the target displacement Xd. Assuming that the system is constituted by the main body 8, the work 9 and the burr 10 in FIG. 2, the system is equivalent to the system 7 in FIG. The present invention detects the displacement X and the force F in the system 7,
This is applicable even when the speed V can be controlled by inputting the target speed Vd. Furthermore, the present invention is applicable even in the system 7 when the speed V and the force F are detected and the speed V can be controlled by inputting the target speed Vd.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、力センサもしくはロー
ドセルからの力のフィードバックと、前記機械インピー
ダンスの数学モデルと、加工機等の制御対象がワーク等
の作業対象物に加える任意の力より、制御対象が得るべ
き加速度を求め、前記加速度から制御対象が得るべき速
度と位置を求め、速度制御もしくは位置制御して、制御
対象が作業対象物に加える力による作業対象物の図面寸
法に対する歪みへの適応を行い、位置検出器からの位置
のフィードバックもしくは速度検出器による速度のフィ
ードバックと、変形プロセスの数学モデルから望みの変
形に必要な力を求め、前記制御対象が得るべき速度と位
置と変形プロセスから変形を起こしている力を求め、前
記変形に必要な力と前記変形を起こしている力の差と、
制御対象が得るべき速度と速度検出器による速度の差
と、前記制御対象が得るべき位置と位置検出器による位
置の差から、制御対象と作業対象物との相対的な剛性と
粘性の関係である接触モデルを求め、前記機械インピー
ダンスと前記接触モデルに基づく接触を制御して作業対
象物から見た制御対象の剛性と粘性による作業対象物の
仕上がり具合を補償し、かつ制御対象が作業対象物に加
える力による作業対象物の変形を同時に補償すること
で、作業対象物から見た制御対象の剛性と粘性による作
業対象物の仕上がり具合と、制御対象が作業対象物に加
える力による作業対象物の図面寸法に対する歪みへの適
応と、制御対象が作業対象物に加える力による作業対象
物の変形を同時に補償することが可能となる。
According to the present invention, force feedback from a force sensor or a load cell, a mathematical model of the mechanical impedance, and an arbitrary force applied to a work object such as a work by a control object such as a processing machine The acceleration to be obtained by the controlled object is obtained, and the velocity and the position to be obtained by the controlled object are obtained from the acceleration, and the velocity control or the position control is performed to obtain the distortion of the work object with respect to the drawing dimension due to the force applied to the work object. The position feedback from the position detector or the velocity feedback from the velocity detector and the force required for the desired deformation from the mathematical model of the deformation process, and the velocity, position and deformation to be obtained by the controlled object. Obtaining the force causing the deformation from the process, the difference between the force necessary for the deformation and the force causing the deformation,
From the difference between the speed to be obtained by the controlled object and the speed by the speed detector, and the difference between the position to be obtained by the controlled object and the position by the position detector, the relative rigidity and viscosity of the controlled object and the work object are related. Obtaining a certain contact model, the contact based on the mechanical impedance and the contact model is controlled to compensate for the finish of the work target due to the rigidity and viscosity of the control target viewed from the work target, and the control target is the work target. By simultaneously compensating for the deformation of the work target due to the force applied to the work target, the finish of the work target due to the rigidity and viscosity of the control target viewed from the work target and the work target due to the force applied by the control target to the work target It is possible to adapt to the distortion with respect to the drawing size and to simultaneously compensate the deformation of the work object due to the force applied by the control object to the work object.

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

【図1】本発明の一実施例を示す状態変数線図FIG. 1 is a state variable diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明を説明するための1次元の力学モデルFIG. 2 is a one-dimensional mechanical model for explaining the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 積分ゲイン、もしくは前記積分ゲインの逆数に相当
する質量の摺動部 2 仮想粘性、もしくは前記仮想粘性に相当する粘性の
ダッシュポット 3 比例ゲイン、もしくは前記比例ゲインの逆数に相当
する剛性のバネ 4 積分器 5 仮想バネ、もしくは前記仮想バネに相当する剛性を
持つ補助バネ 6 仮想粘性、もしくは前記仮想粘性に相当する粘性を
持つ補助ダッシュポット 7 システム 8 システム本体 9 ワーク 10 バリ
1 Integral gain, or sliding part of mass equivalent to the reciprocal of the integral gain 2 Virtual viscosity, or dashpot of viscosity corresponding to the virtual viscosity 3 Proportional gain, or stiffness spring corresponding to the reciprocal of the proportional gain 4 Integrator 5 Virtual spring, or auxiliary spring having rigidity equivalent to the virtual spring 6 Virtual viscosity or auxiliary dashpot having viscosity equivalent to the virtual viscosity 7 System 8 System body 9 Workpiece 10 Burr

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御対象が作業対象物に加える力と、作
業対象物に対する制御対象の位置と速度を検出し、前記
作業対象物に対する前記制御対象の目標位置と目標速度
を入力し、前記位置と前記速度を制御可能にするシステ
ムにおいて、前記制御対象が、指定した機械インピーダ
ンスを持つように、前記機械インピーダンスに関するパ
ラメータを指定し、前記指定した機械インピーダンスに
関するパラメータ、検出された力、及び目標とする力と
補正すべき力を含む、制御対象座標系における運動方程
式を解いて、前記運動方程式を満足する、作業対象物に
対する前記制御対象の目標位置と目標速度を求め、前記
目標位置と前記目標速度をシステムに入力し、位置と速
度を制御して制御対象が作業対象物に加える力が前記目
標とする力となるような力制御用の主制御系を構成し、
更に、制御対象と作業対象物の接触プロセスのモデル
と、作業対象物の変形プロセスを、前記作業対象物に対
する前記制御対象の位置と速度を釣合に関する量とする
機械インピーダンスモデルとして構成し、変形プロセス
が指定した通り進行するように、接触プロセスを実行す
るための、前記機械インピーダンスモデルのパラメータ
を設定し、指定したパラメータと、作業対象物に対する
制御対象の位置と速度と目標位置と目標速度とを前記機
械インピーダンスモデルに入力し、補正すべき力を出力
として得、前記補正すべき力を主制御系に入力し、作業
対象の変形プロセスが指定した通り進行するようにシス
テムを制御することを特徴とするインピーダンス制御方
法。
1. A force applied by a controlled object to a work object, a position and a speed of the controlled object with respect to the work object are detected, and a target position and a target speed of the controlled object with respect to the work object are input to obtain the position. And a system capable of controlling the speed, the control target specifies a parameter related to the mechanical impedance so that the control target has a specified mechanical impedance, and a parameter related to the specified mechanical impedance, a detected force, and a target. Solving the equation of motion in the coordinate system of the controlled object, including the force to be corrected and the force to be corrected, to obtain the target position and the target velocity of the controlled object with respect to the work object that satisfy the equation of motion, and the target position and the target By inputting the speed into the system and controlling the position and speed, the force applied by the control target to the work target becomes the target force. Constituting the main control system for urging force control,
Further, the model of the contact process between the control target and the work target and the deformation process of the work target are configured as a mechanical impedance model in which the position and speed of the control target with respect to the work target are related to the balance, and the deformation is performed. The parameters of the mechanical impedance model for executing the contact process are set so that the process proceeds as specified, and the specified parameters, the position and speed of the controlled object with respect to the work object, the target position and the target speed are set. Is input to the mechanical impedance model, the force to be corrected is obtained as an output, the force to be corrected is input to the main control system, and the system is controlled so that the deformation process of the work object proceeds as specified. Characteristic impedance control method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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