JPH08323670A - Manipulator controller - Google Patents

Manipulator controller

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Publication number
JPH08323670A
JPH08323670A JP15253695A JP15253695A JPH08323670A JP H08323670 A JPH08323670 A JP H08323670A JP 15253695 A JP15253695 A JP 15253695A JP 15253695 A JP15253695 A JP 15253695A JP H08323670 A JPH08323670 A JP H08323670A
Authority
JP
Japan
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joint torque
torque value
motor
equation
value
Prior art date
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Pending
Application number
JP15253695A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Koide
光男 小出
Shoji Asai
彰司 浅井
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.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP15253695A priority Critical patent/JPH08323670A/en
Publication of JPH08323670A publication Critical patent/JPH08323670A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a manipulator controller which performs joint torque control stably with high precision' by using torque sensor feedback control. CONSTITUTION: A joint torque control operation means uses a target joint torque value, external disturbance applied to a motor 1, and external disturbance applied to an arm 4 as inputs for fluctuation of a predetermined arm inertia moment and determines transmission characteristics from these inputs to an output torque value detected by a torque sensor 3 and transmission characteristics from these inputs to a deviation between the output torque value and a target joint torque value by using a structuring singular value so that these transmission characteristics are below predetermined values.

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、マニピュレータの制御
装置に係り、より詳しくは、トルクセンサフィードバッ
ク制御を用いて安定かつ高精度に関節トルク制御を行う
マニピュレータの制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a manipulator, and more particularly to a control device for a manipulator which performs stable and highly accurate joint torque control using torque sensor feedback control.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、組み付け用のロボットマニピュ
レータでは、接触作業を行うことが殆どであるが、ワー
クの位置ずれ等のために、目標位置より手前で接触が開
始される場合がある。この時、マニピュレータの位置制
御系が高いサーボ剛性を維持していると、目標位置との
間に生じた位置偏差に応じて、位置制御系は過大な力を
発生し、ワークやマニピュレータに支障を来すことがあ
った。
2. Description of the Related Art Generally, a robot manipulator for assembling generally performs contact work, but contact may start before the target position due to displacement of the work or the like. At this time, if the position control system of the manipulator maintains a high servo rigidity, the position control system will generate an excessive force according to the position deviation generated from the target position, which will hinder the work and the manipulator. I had to come.

【0003】従来、この対策としては、サーボ剛性を低
くすることでコンプライアンス特性を持たせる方法があ
る。しかしながら、従来の位置制御マニピュレータにお
いては、サーボ剛性を低下させると、伝達系の摩擦を抑
圧出来ないため、接触前の自由空間において必要な位置
精度が得られない、という実用上の問題点があった。こ
の伝達系の摩擦を抑圧する方法として、従来は、マニピ
ュレータ各軸の減速機の後でトルク検出を行い、トルク
フィードバックを行うことで、関節トルク制御を行う方
法がある。
Conventionally, as a countermeasure against this, there is a method of providing a compliance characteristic by lowering the servo rigidity. However, in the conventional position control manipulator, if the servo rigidity is lowered, the friction of the transmission system cannot be suppressed, so that there is a practical problem that the required position accuracy cannot be obtained in the free space before contact. It was Conventionally, as a method of suppressing the friction of the transmission system, there is a method of performing joint torque control by detecting torque after the speed reducer of each axis of the manipulator and performing torque feedback.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】この関節トルク制
御方法として、本出願人は、モータの速度フィードバッ
クも同時に行うことで安定化が容易になると考え、速度
フィードバックを併用する比例積分微分(PID)制御
と、状態フィードバック制御を案出した(特願平6−2
54006号)。しかしながら、PID制御の場合、ト
ルクセンサ信号のノイズが大きいとDゲインを上げれな
いので、伝達系の共振を抑えて十分に安定化することが
できない。その結果、PIゲインも上げれないので、伝達
系の摩擦を十分に抑圧できない、という問題点があっ
た。また、状態フィードバック制御の場合、アームの姿
勢が変化したり、手先の負荷が変化すると、制御対象の
パラメータの一つであるアーム慣性モーメントが設計条
件から変動するので不安定化しやすい、という問題点が
あった。
As a joint torque control method, the applicant of the present invention believes that stabilization can be facilitated by simultaneously performing speed feedback of the motor, and therefore proportional-integral-derivative (PID) control using speed feedback together. And devised state feedback control (Japanese Patent Application No. 6-2
54006). However, in the case of PID control, if the noise of the torque sensor signal is large, the D gain cannot be increased, so that resonance of the transmission system cannot be suppressed and sufficiently stabilized. As a result, the PI gain cannot be increased, and the friction of the transmission system cannot be sufficiently suppressed. Also, in the case of state feedback control, if the posture of the arm changes or the load on the hand changes, the arm inertia moment, which is one of the parameters to be controlled, fluctuates from the design condition, and it tends to become unstable. was there.

【0005】一方、制御対象のパラメータが変動しても
伝達系の共振を抑えて安定化し、かつ、アクチュエータ
に加わる外乱を抑圧する制御方式として、構造化特異値
を設計指標に用いて設計した制御系が提案されている
(計測自動制御学会ロバスト制御シンポジウム資料pp.3
1 −34. 1994) 。しかしながら、上記制御系は位置制御
系なので、コンプライアンス特性を持たせることができ
ないという問題点があった。また、減速機の後のアーム
の角度が制御したい状態量であるが、制御したい状態量
を検出するセンサがなく、フィードバックが不可能なの
で制御系を広帯域にできないという実用上の問題点があ
った。
On the other hand, as a control method that suppresses and stabilizes the resonance of the transmission system even when the parameter to be controlled fluctuates and suppresses the disturbance applied to the actuator, the control designed using the structured singular value as a design index. System has been proposed (Society for Control and Automation, Robust Control Symposium, Material pp.3)
1-34. 1994). However, since the control system is a position control system, there is a problem in that it cannot have compliance characteristics. Further, although the angle of the arm after the speed reducer is the state quantity to be controlled, there is no sensor for detecting the state quantity to be controlled, and there is a practical problem that the control system cannot be wideband because feedback is impossible. .

【0006】本発明は、上記問題点を解消するもので、
アーム慣性モーメントが変動しても関節トルクを目標関
節トルクに追従させ、伝達系の摩擦を抑圧し、かつ、伝
達系の共振を抑えて安定化する関節トルク制御器を有す
るマニピュレータの制御装置を提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above problems.
Provided is a manipulator control device having a joint torque controller that makes the joint torque follow the target joint torque even when the arm inertia moment fluctuates, suppresses friction of the transmission system, and suppresses resonance of the transmission system to stabilize. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のマニピュレータの制御装置は、伝達機構を介
してリンクを駆動するモータと、伝達機構の後の出力ト
ルクを検出するトルク検出手段と、目標関節トルク値を
生成する目標関節トルク値生成手段と、生成された目標
関節トルク値とトルク検出手段で検出された出力トルク
値から、モータの操作量を演算する関節トルク制御演算
手段と、を含み、前記関節トルク制御演算手段は、所定
のアーム慣性モーメントの変動に対して、目標関節トル
ク値とモータに加わる外乱、及びリンクに加わる外乱と
を入力とし、それらの入力からトルク検出手段で検出さ
れた出力トルク値までの伝達特性と、それらの入力から
出力トルク値と目標関節トルク値との偏差までの伝達特
性とが、所定の大きさ以下になるように構造化特異値を
用いて構成してなる。
In order to achieve the above object, a control device for a manipulator according to the present invention comprises a motor for driving a link via a transmission mechanism and a torque detecting means for detecting an output torque after the transmission mechanism. A target joint torque value generating means for generating a target joint torque value, and a joint torque control calculating means for calculating a motor operation amount from the generated target joint torque value and the output torque value detected by the torque detecting means. The joint torque control calculating means receives as inputs the target joint torque value, the disturbance applied to the motor, and the disturbance applied to the link in response to a change in a predetermined arm inertia moment, and the torque detection means from those inputs. The transfer characteristics up to the output torque value detected in step 1 and the transfer characteristics from the input to the deviation between the output torque value and the target joint torque value are the predetermined maximum values. It becomes configured using the structured singular value to be less than the.

【0008】[0008]

【発明の作用・効果】上記構成からなる本発明のマニピ
ュレータの制御装置は、制御すべき状態量である関節ト
ルクを検出してフィードバックすることで、アーム慣性
モーメントが所定の範囲内で変動しても、所定の周波数
帯域において、トルクセンサで検出される出力トルク値
を目標関節トルク値に追従させ、構造化特異値を設計指
標に用いて実現される関節トルク制御系が、モータに加
わる外乱とリンクに加わる外乱を所定の水準以下に抑圧
し、伝達系の共振を抑えて安定化する。
The control device for a manipulator of the present invention having the above-described configuration detects the joint torque, which is the state quantity to be controlled, and feeds it back, so that the arm inertia moment fluctuates within a predetermined range. Also, in a predetermined frequency band, the output torque value detected by the torque sensor is made to follow the target joint torque value, and the joint torque control system realized by using the structured singular value as the design index is The disturbance applied to the link is suppressed below a predetermined level to suppress and stabilize the resonance of the transmission system.

【0009】上記構成からなる本発明のマニピュレータ
の制御装置は、たとえアーム慣性モーメントが変動して
も高速・高精度な関節トルク制御が同一の関節トルク制
御器で可能となし、しかも、制御系の構成が簡素化する
といった実用上優れた幾多の作用効果を奏する。
The control device for a manipulator according to the present invention having the above-mentioned structure enables high-speed and high-accuracy joint torque control with the same joint torque controller even if the arm inertia moment fluctuates. It has many practical advantages such as a simplified structure.

【0010】[0010]

【実施例】以下図面を参照して本発明の代表的な実施例
を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Representative embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0011】[0011]

【第1実施例】まず、多軸マニピュレータの少なくとも
一つの軸を制御する場合に本発明を適用した第1実施例
のマニピュレータの制御装置について説明する。
First Embodiment First, a manipulator control device according to a first embodiment to which the present invention is applied when controlling at least one axis of a multi-axis manipulator will be described.

【0012】第1実施例のマニピュレータの制御装置
は、マニピュレータMの各軸に、リンクとしてのアーム
4を駆動するためのモータ1が設けられている。図1に
示すように、各軸に設けられたモータ1の駆動力は、伝
達機構としての減速機2、減速機2の後で出力値を検出
する関節トルクセンサ3を介して、各軸アーム4へ伝達
され、これにより各アーム4が軸を中心に駆動される。
一般に、減速機2にはかなり大きな摩擦が存在するが、
関節トルクセンサ3は減速機2の後、すなわち出力側に
取り付けられているので、関節トルクセンサ3から検出
される関節トルク値をフィードバックすることで減速機
2の摩擦を抑圧することが可能である。
In the manipulator control apparatus of the first embodiment, each axis of the manipulator M is provided with a motor 1 for driving an arm 4 as a link. As shown in FIG. 1, the driving force of the motor 1 provided on each axis is transmitted via a reduction gear 2 as a transmission mechanism and a joint torque sensor 3 that detects an output value after the reduction gear 2 to each axis arm. 4 to drive each arm 4 about the axis.
Generally, the speed reducer 2 has a considerably large friction,
Since the joint torque sensor 3 is attached after the reduction gear 2, that is, on the output side, it is possible to suppress the friction of the reduction gear 2 by feeding back the joint torque value detected by the joint torque sensor 3. .

【0013】関節トルク制御器Kは、目標関節トルク値
生成手段6から発生される目標関節トルク値と、関節ト
ルクセンサ3で検出される関節トルク値から、後述する
演算により、関節トルク値が目標関節トルク値に追従す
るためのモータ1の操作量を演算し、モータ1へ出力す
る。図2は本第1実施例のマニピュレータの制御装置で
用いる制御対象のモデルのブロック線図である。制御対
象であるマニピュレータMの軸を2慣性系としてモデル
化している。
The joint torque controller K calculates the joint torque value from the target joint torque value generated by the target joint torque value generating means 6 and the joint torque value detected by the joint torque sensor 3 by a calculation described later. The operation amount of the motor 1 for following the joint torque value is calculated and output to the motor 1. FIG. 2 is a block diagram of a model of a control target used in the manipulator control device of the first embodiment. The axis of the manipulator M to be controlled is modeled as a two-inertia system.

【0014】図2中の記号は、Jm : モータ慣性モーメ
ント、Ja ,Jao, Δa :アーム慣性モーメントとそのノ
ミナル値、及び変動量、Dm :モータ粘性、Da :アー
ム粘性、K s ,K so , Δk : 伝達系ばね定数とそのノミ
ナル値、及び変動量、ωm :モータ角速度、ωa :アー
ム角速度、τ: 関節トルク、u:操作量、 dm :減速機の
摩擦等のモータ1に加わる外乱、 da 外部からアーム4
に加わる外乱である。ただし、 Jm , ωm ,u,dm は減速
比が1となるように換算した値を表す。なお、アーム慣
性モーメント Ja の変動を、変動δ1 を用いて
Symbols in FIG. 2 are J m : motor inertia moment, J a , J ao , Δ a : arm inertia moment and its nominal value, and fluctuation amount, D m : motor viscosity, D a : arm viscosity, K s , K so , Δ k : Transmission system spring constant and its nominal value and fluctuation amount, ω m : Motor angular velocity, ω a : Arm angular velocity, τ: Joint torque, u: Operation amount, d m : Reduction gear Disturbances such as friction applied to the motor 1, d a The arm 4 from the outside
Is a disturbance added to. However, J m , ω m , u, d m represent values converted so that the reduction ratio becomes 1. The variation of the arm inertia moment J a is calculated by using the variation δ 1.

【数1】 と表現し、図2の中ではω1,ω'1,z1,z'1 を用いてフィ
ードバック形式で表現している。
[Equation 1] In FIG. 2, ω 1 , ω ′ 1 , z 1 , z ′ 1 are used to express in a feedback form.

【0015】また、伝達系ばね定数 Ks の同定誤差は制
御性能に大きく影響を与えるので、これを考慮するため
に、変動δ2 を用いて
Since the identification error of the transmission system spring constant Ks has a great influence on the control performance, the variation δ 2 is used in order to take this into account.

【数2】 と表現し、図2中ではω2,ω'2,z2,z'2 を用いてフィー
ドバック形式で表現している。ノミナルモデル Gn は、
ω12, da, dm,u を入力とし、z1,z2,τを出力する。
ここで、図3に示す一般化プラント Gp を構成する。一
般化プラント Gp は変動δ12 から
[Equation 2] In FIG. 2, ω 2 , ω ′ 2 , z 2 and z ′ 2 are used to express in a feedback form. The nominal model G n is
Inputs ω 1 , ω 2 , da , dm , u and outputs z 1 , z 2 , τ.
Here, the generalized plant G p shown in FIG. 3 is constructed. The generalized plant G p is calculated from the fluctuations δ 1 and δ 2.

【数3】 を入力し、(Equation 3) Enter

【数4】 を変動δ12 へ出力する。外部入力d は[Equation 4] Are output to the fluctuations δ 1 and δ 2 . External input d is

【数5】 である。ここで、d1,d2 は、アーム4に加わる外乱 da
とモータ1に加わる外乱dm をそれぞれ重み関数 Wda, W
dmで重みづけるために導入した信号であり、
(Equation 5) Is. Here, d 1 and d 2 are disturbances d a applied to the arm 4.
And the disturbance d m applied to the motor 1 are weight functions W da , W
It is a signal introduced to weight with dm ,

【数6】 とする。制御量e は(Equation 6) And The controlled variable e is

【数7】 である。ここで、e1は、関節トルクτと目標関節トルク
τr との偏差e0
(Equation 7) Is. Where e 1 is the deviation e 0 between the joint torque τ and the target joint torque τ r

【0016】[0016]

【数8】 とすると、偏差e0を重み関数 WS (Equation 8) If you, the deviation e 0 in the weight function W S

【数9】 のように重みづけたものである。e2は関節トルクτを重
み関数 Wτで
[Equation 9] It is weighted like. e 2 is the joint torque τ with the weighting function W τ

【数10】 のように重みづけたものである。e3は操作量uを重み関
数 Wu
[Equation 10] It is weighted like. e 3 is the weighting function W u

【数11】 のように重みづけたものである。関節トルク制御器Kへ
の出力y は
[Equation 11] It is weighted like. The output y to the joint torque controller K is

【数12】 である。 Ws は、偏差 eo を低周波数域で小さくするた
めに、低周波数域でゲインが大きいロウパスフィルタと
する。Wτは、高周波数域の関節トルクセンサ3のノイ
ズの影響を小さくするために、高周波数域でゲインが大
きい
(Equation 12) Is. W s is a low-pass filter with a large gain in the low frequency range in order to reduce the deviation e o in the low frequency range. Wτ has a large gain in the high frequency range in order to reduce the influence of noise of the joint torque sensor 3 in the high frequency range.

【数13】 とする。ここで、ωc は Wτ(s) のカットオフ周波数を
表す。 Wu は操作量u 制限の大きさを表し、定数とす
る。Wdm , Wdaはモータ1に加わる外乱 dm とアーム4
に加わる外乱 da の大きさを表し、それぞれ定数とす
る。このとき、一般化プラント Gp の状態空間表現は次
のようになる。
(Equation 13) And Here, ω c represents the cutoff frequency of W τ (s). W u represents the size of the operation amount u limit and is a constant. W dm and W da are the disturbance d m applied to the motor 1 and the arm 4
Represents the magnitude of the disturbance d a added to and is a constant. Then the state space representation of the generalized plant G p is

【0017】[0017]

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 ただし、[Equation 16] However,

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【数19】 [Formula 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 [Equation 21]

【数22】 である。ここで、関節トルク制御器Kは次式を満たすも
のとする。
[Equation 22] Is. Here, the joint torque controller K is assumed to satisfy the following equation.

【0018】[0018]

【数23】 ただし、Fl(Gp,K)はGpとK のLFT 表現である。Δp は(Equation 23) However, Fl (Gp, K) is an LFT representation of Gp and K. Δp is

【数24】 [Equation 24]

【数25】 であり、ΔF は仮想的な変動である。μΔp(Equation 25) And Δ F is a virtual fluctuation. μΔp

【外1】 はΔpのもとでの[Outside 1] Is under Δp

【外2】 の構造化特異値であり、で定義され、[Outside 2] Is a structured singular value of, defined by

【外3】 はΔの最大特異値を示す。数23、数24、数25を満
たす関節トルク制御器Kは、D-K イタレーション( 美多
勉,H∞制御,pp.174-176,昭晃堂(1994)参照)を用いて求
めることができる。
[Outside 3] Indicates the maximum singular value of Δ. The joint torque controller K satisfying the equations (23), (24) and (25) can be obtained by using DK iteration (see Tsutomu Mita, H∞ control, pp.174-176, Shokoido (1994)). .

【0019】上記構成よりなる第1実施例の関節トルク
制御器Kの伝達特性を図4に示す。この関節トルク制御
器Kについて、アーム慣性モーメント Ja と伝達系ばね
定数Ks が数1と数2を満たすように変動したときの制
御系の特性を図5(a)ないし(d)に示す。図5(a)は
目標関節トルクτr から偏差e0までの伝達特性e0/ τr
と Ws -1を表したものである。伝達特性e0 / τr は W
s -1によって低周波数域で小さく抑えられているので、
W s で指定した低周波数域で関節トルクτを目標関節ト
ルクτrに追従させることができる。
FIG. 4 shows the transfer characteristic of the joint torque controller K of the first embodiment having the above structure. With respect to this joint torque controller K, the characteristics of the control system when the arm inertia moment J a and the transmission system spring constant Ks fluctuate so as to satisfy equations 1 and 2 are shown in FIGS. Figure 5 (a) shows the transfer characteristics e 0 / τ r from the target joint torque τ r to the deviation e 0.
And W s -1 . Transfer characteristic e 0 / τ r is W
Since it is kept small in the low frequency range by s -1 ,
The joint torque τ can be made to follow the target joint torque τ r in the low frequency range specified by W s .

【0020】図5(b)は目標関節トルクτr から関節トル
クτまでの伝達特性τ/ τr と Wτ-1を表したものであ
る。伝達特性τ/ τr は Wτによって高周波数域で小さ
く抑えられているので、 Wτで指定した高周波数域でノ
イズの影響を小さくできる。また、共振点を持たないの
で、安定性が優れている。図5(c)はモータに加わる外乱
dm から関節トルクまでの伝達特性τ/dm を表したもの
である。伝達特性τ/dm はほぼ0dB よりも小さく抑えら
れているので、モータに加わる外乱 dm を抑圧できる。
図5(d)はアームに加わる外乱 da から関節トルクτまで
の伝達特性τ/da を表したものである。伝達特性τ/da
はほぼ0dB よりも小さく抑えられているので、アームに
加わる外乱 da を抑圧できる。
FIG. 5 (b) shows the transfer characteristics τ / τ r and W τ -1 from the target joint torque τ r to the joint torque τ. Since the transfer characteristic τ / τ r is kept small by W τ in the high frequency range, the influence of noise can be reduced in the high frequency range specified by W τ. Further, since it has no resonance point, it has excellent stability. Fig. 5 (c) shows the disturbance applied to the motor.
from d m illustrates a transfer characteristic tau / d m up joint torque. Since is suppressed smaller than the transfer characteristic tau / d m is approximately 0 dB, can be suppressed disturbance d m applied to the motor.
FIG. 5 (d) is a representation of the transfer characteristic tau / d a from the disturbance d a applied to the arm to the joint torque tau. Transfer characteristic τ / d a
Is less than 0 dB, so the disturbance d a applied to the arm can be suppressed.

【0021】図6は本第1実施例の実験結果である。図
6(a)はアーム慣性モーメント Ja が最小、すなわち Ja
=Ja0−Δa のときの結果である。図6(b)はアーム慣性モ
ーメント Ja が最大、すなわち Ja =Ja0+Δa のときの
結果である。いずれのときも、関節トルクτの立ち上が
りは速く、目標関節トルクτr に定常偏差を生じずに追
従しているので、減速機の摩擦を十分に抑圧することが
できる。
FIG. 6 shows the experimental results of the first embodiment. Figure
6 (a) has the smallest arm inertia moment J a , that is, J a
This is the result when = J a0 −Δ a . Figure 6 (b) shows the results when the arm inertia moment J a is maximum, that is, J a = J a0 + Δ a . In any case, the joint torque τ rises quickly and follows the target joint torque τ r without causing a steady deviation, so that the friction of the speed reducer can be sufficiently suppressed.

【0022】(第2実施例)第2実施例においては、図
7に示すように、モータ10の出力軸にモータ10の回
転角度を検出する角度検出手段としてのエンコーダ70
が取り付けられている。エンコーダから出力された角度
信号は、微分演算器50により角速度信号に変換され
る。関節トルク制御器Kは、目標関節トルク値生成手段
60から発生される目標関節トルク値と関節トルクセン
サ30で検出される関節トルク値、及びモータ角速度か
らモータ10の操作量を演算する。一般化プラントGpを
図8のように構成する。前記第1実施例と異なる点は二
つあり、第1点は、外部入力d を
(Second Embodiment) In the second embodiment, as shown in FIG. 7, an encoder 70 as an angle detecting means for detecting the rotation angle of the motor 10 on the output shaft of the motor 10.
Is attached. The angle signal output from the encoder is converted into an angular velocity signal by the differential calculator 50. The joint torque controller K calculates the operation amount of the motor 10 from the target joint torque value generated by the target joint torque value generation means 60, the joint torque value detected by the joint torque sensor 30, and the motor angular velocity. The generalized plant Gp is constructed as shown in FIG. There are two differences from the first embodiment. The first point is that the external input d is

【数26】 とすることである。ここで、d4は、モータ角速度ωm
加わるノイズn を重み関数 Wn で重みづけるために導入
した信号であり、
(Equation 26) Is to Where d 4 is a signal introduced to weight the noise n added to the motor angular velocity ω m with the weighting function W n ,

【数27】 である。 Wn は、ノイズn の大きさを表し、定数とす
る。
[Equation 27] Is. W n represents the magnitude of the noise n and is a constant.

【0023】第2点は、関節トルク制御器Kへの出力y
を、
The second point is the output y to the joint torque controller K.
To

【数28】 とすることである。ここで、en は、モータ角速度ωm
とノイズn の偏差
[Equation 28] Is to Where e n is the motor angular velocity ω m
And the deviation of noise n

【数29】 である。このとき、一般化プラント GP の状態空間表現
は次のようになる。
[Equation 29] Is. Then the state space representation of the generalized plant G P is

【数30】 [Equation 30]

【数31】 [Equation 31]

【数32】 [Equation 32]

【0024】ただし、However,

【数33】 [Expression 33]

【数34】 (Equation 34)

【数35】 [Equation 35]

【数36】 [Equation 36]

【数37】 (37)

【数38】 xW: 状態変数 である。ここで、関節トルク制御器kは数23、数2
4、数25を満たすものとし、D−Kイタレーションを
用いて求める。
(38) xW: State variable. Here, the joint torque controller k is expressed by equations 23 and 2
4 and Equation 25 are satisfied, and it is obtained by using DK iteration.

【0025】本第2実施例においても、関節トルク制御
器Kは数23、数24、数25を満たすので、アーム慣
性モーメント Ja と伝達系ばね定数 Ks が変動しても、
関節トルクτを目標関節トルクτr に追従させ、伝達系
の摩擦を抑圧し、かつ伝達系の共振を抑えて安定化する
ことができる。そして、本第2実施例は、モータ角速度
をフィードバックしているので、十分に安定化でき、制
御系の帯域幅が広がるという実用上優れた利点がある。
Also in the second embodiment, since the joint torque controller K satisfies the expressions 23, 24 and 25, even if the arm inertia moment J a and the transmission system spring constant K s change,
The joint torque τ can be made to follow the target joint torque τ r , the friction of the transmission system can be suppressed, and the resonance of the transmission system can be suppressed and stabilized. In addition, since the motor angular velocity is fed back, the second embodiment has an advantage in practical use that it can be sufficiently stabilized and the bandwidth of the control system is widened.

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

【図1】第1実施例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment.

【図2】第1実施例で用いる制御対象のモデルのブロッ
ク線図
FIG. 2 is a block diagram of a model of a control target used in the first embodiment.

【図3】第1実施例で用いる一般化プラントのブロック
線図
FIG. 3 is a block diagram of a generalized plant used in the first embodiment.

【図4】第1実施例の関節トルク制御器の伝達特性を示
す線図
FIG. 4 is a diagram showing a transfer characteristic of the joint torque controller of the first embodiment.

【図5】第1実施例の制御系の伝達特性を示す線図FIG. 5 is a diagram showing a transfer characteristic of the control system of the first embodiment.

【図6】第1実施例の制御系を実機に適用したときの関
節トルクの応答を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a response of joint torque when the control system of the first embodiment is applied to an actual machine.

【図7】第2実施例を示すブロック図FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment.

【図8】第2実施例で用いる一般化プラントのブロック
線図
FIG. 8 is a block diagram of a generalized plant used in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10 モータ 2、20 減速機 3、30 関節トルクセンサ 4、40 アーム K 関節トルク制御器 6、60 目標関節トルク値生成手段 50 微分演算器 M マニピュレータ 70 エンコーダ 1, 10 Motor 2, 20 Reducer 3, 30 Joint Torque Sensor 4, 40 Arm K Joint Torque Controller 6, 60 Target Joint Torque Value Generating Means 50 Differential Calculator M Manipulator 70 Encoder

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 伝達機構を介してリンクを駆動するモー
タと、伝達機構の後の出力トルクを検出するトルク検出
手段と、目標関節トルク値を生成する目標関節トルク値
生成手段と、生成された目標関節トルク値とトルク検出
手段で検出された出力トルク値から、モータの操作量を
演算する関節トルク制御演算手段と、を含み、 前記関節トルク制御演算手段は、所定のアーム慣性モー
メントの変動に対して、目標関節トルク値とモータに加
わる外乱、及びリンクに加わる外乱とを入力とし、それ
らの入力からトルク検出手段で検出された出力トルク値
までの伝達特性と、それらの入力から出力トルク値と目
標関節トルク値との偏差までの伝達特性とが、所定の大
きさ以下になるように構造化特異値を用いて構成したこ
とを特徴とするマニピュレータの制御装置。
1. A motor for driving a link via a transmission mechanism, torque detection means for detecting output torque after the transmission mechanism, and target joint torque value generation means for generating a target joint torque value. A joint torque control calculating means for calculating an operation amount of the motor from the target joint torque value and the output torque value detected by the torque detecting means, wherein the joint torque control calculating means is adapted to change a predetermined arm inertia moment. On the other hand, the target joint torque value, the disturbance applied to the motor, and the disturbance applied to the link are input, and the transfer characteristics from those inputs to the output torque value detected by the torque detection means and the output torque value from those inputs The manipulator characterized in that it is configured by using a structured singular value so that the transfer characteristic up to the deviation between the target joint torque value and the target joint torque value is not more than a predetermined magnitude. Other control devices.
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