JPH0916232A - 低剛性ロボットの制御方法 - Google Patents
低剛性ロボットの制御方法Info
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- JPH0916232A JPH0916232A JP18323595A JP18323595A JPH0916232A JP H0916232 A JPH0916232 A JP H0916232A JP 18323595 A JP18323595 A JP 18323595A JP 18323595 A JP18323595 A JP 18323595A JP H0916232 A JPH0916232 A JP H0916232A
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロボットの低剛性部分の搖れによるアームの
振動の防止。 【構成】 第１関節よりもベース側等の低剛性部分が存
在する個所に疑似関節を想定したロボットモデルを用
い、ホストＣＰＵ１は、軌道計画を立て、位置、速度、
加速度を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ
伝える（Ｓ１）。サブＣＰＵ３は、これに基づいて逆動
力学方程式を解き、疑似関節にかかるトルクτを計算し
（Ｓ２）、制限値τlim と比較する（Ｓ３）。τ＞τli
m なら、軌道計画を修正して速度を下げるようメインＣ
ＰＵ１に要求する（Ｓ４）。ホストＣＰＵ１は、軌道計
画を修正して指令速度を低減し、修正計算されたデータ
を共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ再度伝える（Ｓ
５）。サブＣＰＵ３はこれに基づき逆動力学方程式を解
く（Ｓ６）。Ｓ３の判断結果に応じて、Ｓ２／Ｓ６で得
られたデータに基づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ
４を介してサーボＣＰＵ５へ与える（Ｓ７）。サーボＣ
ＰＵ５は、移動指令に従い、パルスコーダ７を利用し、
各軸についてモータ６の駆動・制御を行なう（Ｓ８）。
振動の防止。 【構成】 第１関節よりもベース側等の低剛性部分が存
在する個所に疑似関節を想定したロボットモデルを用
い、ホストＣＰＵ１は、軌道計画を立て、位置、速度、
加速度を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ
伝える（Ｓ１）。サブＣＰＵ３は、これに基づいて逆動
力学方程式を解き、疑似関節にかかるトルクτを計算し
（Ｓ２）、制限値τlim と比較する（Ｓ３）。τ＞τli
m なら、軌道計画を修正して速度を下げるようメインＣ
ＰＵ１に要求する（Ｓ４）。ホストＣＰＵ１は、軌道計
画を修正して指令速度を低減し、修正計算されたデータ
を共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ再度伝える（Ｓ
５）。サブＣＰＵ３はこれに基づき逆動力学方程式を解
く（Ｓ６）。Ｓ３の判断結果に応じて、Ｓ２／Ｓ６で得
られたデータに基づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ
４を介してサーボＣＰＵ５へ与える（Ｓ７）。サーボＣ
ＰＵ５は、移動指令に従い、パルスコーダ７を利用し、
各軸についてモータ６の駆動・制御を行なう（Ｓ８）。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットの制御方
法に関し、更に詳しく言えば、低剛性部分を有するロボ
ットを安定に動作させる為の制御方法に関する。
法に関し、更に詳しく言えば、低剛性部分を有するロボ
ットを安定に動作させる為の制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、産業用ロボット（以下、単に「ロボ
ット」と言う。）にも制振制御の手法が適用されるよう
になっており、以前に比してその動作の安定性は大幅に
向上している。しかし、従来の技術では、ロボットの一
部、例えば第１軸より更にベース側の部分に低剛性部分
が存在することに起因して発生するアーム先端の振動の
抑制方法に関連した未解決の問題があった。
ット」と言う。）にも制振制御の手法が適用されるよう
になっており、以前に比してその動作の安定性は大幅に
向上している。しかし、従来の技術では、ロボットの一
部、例えば第１軸より更にベース側の部分に低剛性部分
が存在することに起因して発生するアーム先端の振動の
抑制方法に関連した未解決の問題があった。
【０００３】図１は、第１軸より更にベース側の部分に
低剛性部分が存在する低剛性ロボットの問題点について
説明する図で、（１）一般的な姿勢、（２）振動が発生
し易い姿勢、及び（３）振動が発生し難い姿勢の各々を
第４軸（Ｊ４）以降を省略して概念的に表わしたもので
ある。
低剛性部分が存在する低剛性ロボットの問題点について
説明する図で、（１）一般的な姿勢、（２）振動が発生
し易い姿勢、及び（３）振動が発生し難い姿勢の各々を
第４軸（Ｊ４）以降を省略して概念的に表わしたもので
ある。
【０００４】図１（１）に示したように、低剛性ロボッ
トがＪ１軸よりベース側に低剛性部分Ａを有している場
合、図１（２）に示した如く、Ｊ１以下の軸で駆動され
る部分が良く伸びた姿勢におけるロボットの動作時に
は、低剛性部分Ａが矢印Ｂで示したように特に搖れ易く
なる。また、低剛性部分に繰り返してかかる過大な負荷
の為に、ロボットの機構部に機械的な破損を生じる恐れ
もある。
トがＪ１軸よりベース側に低剛性部分Ａを有している場
合、図１（２）に示した如く、Ｊ１以下の軸で駆動され
る部分が良く伸びた姿勢におけるロボットの動作時に
は、低剛性部分Ａが矢印Ｂで示したように特に搖れ易く
なる。また、低剛性部分に繰り返してかかる過大な負荷
の為に、ロボットの機構部に機械的な破損を生じる恐れ
もある。
【０００５】そこで、従来はこのような搖れが発生し易
い姿勢をとった時を基準に加減速制御の時定数あるいは
速度を設定していた。このような制御方法を採用した場
合、図１（３）に示した如く、Ｊ１以下の軸で駆動され
る部分が縮んで低剛性部分Ａの搖れが発生し難い姿勢を
とった時に、過剰に大きな時定数あるいは低い速度の下
で動作が行なわれることになり、ロボット動作のサイク
ルタイムの短縮を妨げる要因となっている。
い姿勢をとった時を基準に加減速制御の時定数あるいは
速度を設定していた。このような制御方法を採用した場
合、図１（３）に示した如く、Ｊ１以下の軸で駆動され
る部分が縮んで低剛性部分Ａの搖れが発生し難い姿勢を
とった時に、過剰に大きな時定数あるいは低い速度の下
で動作が行なわれることになり、ロボット動作のサイク
ルタイムの短縮を妨げる要因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は上記従来技術の問題点を解決することにある。即ち、
本発明は、動作のサイクルタイムを長引かせることを出
来るだけ避けつつ、低剛性部分の存在に起因したロボッ
トの振動を抑えるようにした低剛性ロボットの制御方法
を提供しようとするものである。
は上記従来技術の問題点を解決することにある。即ち、
本発明は、動作のサイクルタイムを長引かせることを出
来るだけ避けつつ、低剛性部分の存在に起因したロボッ
トの振動を抑えるようにした低剛性ロボットの制御方法
を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、低剛性ロボッ
トの低剛性部分に疑似的な関節（以下、「疑似関節」と
言う。）の存在を想定したものをロボットモデルとして
採用し、この疑似関節にかかるトルクが制限値を越えな
いような制御を行なうことで上記課題を解決したもので
ある。疑似関節の運動方向は、低剛性部分に搖れが発生
し易い姿勢をとった時の搖れの方向に対応させて定めら
れる。疑似関節にかかるトルクの大きさは、疑似関節を
含むロボットモデルを想定して計画された位置、速度、
加速度の情報を用いて、逆動力学の方程式を解くことで
求められる。そして、もし、この疑似関節にかかるトル
クが予め設定された制限値を上回る場合には、ロボット
の動作速度を低下させ、疑似関節に制限値を越えたトル
クがかかることが回避される。
トの低剛性部分に疑似的な関節（以下、「疑似関節」と
言う。）の存在を想定したものをロボットモデルとして
採用し、この疑似関節にかかるトルクが制限値を越えな
いような制御を行なうことで上記課題を解決したもので
ある。疑似関節の運動方向は、低剛性部分に搖れが発生
し易い姿勢をとった時の搖れの方向に対応させて定めら
れる。疑似関節にかかるトルクの大きさは、疑似関節を
含むロボットモデルを想定して計画された位置、速度、
加速度の情報を用いて、逆動力学の方程式を解くことで
求められる。そして、もし、この疑似関節にかかるトル
クが予め設定された制限値を上回る場合には、ロボット
の動作速度を低下させ、疑似関節に制限値を越えたトル
クがかかることが回避される。
【０００８】疑似関節について設定するトルクの制限値
は、例えば、ＣＡＤソフトウェア等を用いて予め疑似関
節部分の柔らかさをバネ定数として予め求めておき、そ
の部分の撓み量（疑似関節の回転変位量）について適宜
定められた制限値に乗ずることによって定めることが出
来る。あるいは、実験的にロボットアーム先端の振動を
モニタしながらチューニングを行ない、望ましいと思わ
れる値に疑似関節のトルク制限値を設定することも出来
る。
は、例えば、ＣＡＤソフトウェア等を用いて予め疑似関
節部分の柔らかさをバネ定数として予め求めておき、そ
の部分の撓み量（疑似関節の回転変位量）について適宜
定められた制限値に乗ずることによって定めることが出
来る。あるいは、実験的にロボットアーム先端の振動を
モニタしながらチューニングを行ない、望ましいと思わ
れる値に疑似関節のトルク制限値を設定することも出来
る。
【０００９】
【作用】本発明は、低剛性ロボットの低剛性部分を疑似
関節で置き換え、この疑似関節を含むロボットモデルに
基づいて、ロボット制御を行なうことに基本的な特徴が
ある。即ち、図１（１）〜（３）に示したケースで言え
ば、Ｊ１軸よりベース側に存在する低剛性部分Ａを疑似
関節Ｊ０で置き換え、図２（１）に示したようなロボッ
トモデルを想定する。
関節で置き換え、この疑似関節を含むロボットモデルに
基づいて、ロボット制御を行なうことに基本的な特徴が
ある。即ち、図１（１）〜（３）に示したケースで言え
ば、Ｊ１軸よりベース側に存在する低剛性部分Ａを疑似
関節Ｊ０で置き換え、図２（１）に示したようなロボッ
トモデルを想定する。
【００１０】ロボット制御の為に行なわれる軌道計画時
には、疑似関節Ｊ０を含むロボットモデルを想定して位
置、速度、加速度が計算される。この計算結果を用いて
逆動力学の方程式を解くことを通して、疑似関節Ｊ０に
かかるトルクの大きさが求められる。その値がが予め設
定された制限値を上回る場合には、ロボットの動作速度
を低下させることで、疑似関節Ｊ０に制限値を越えたト
ルクがかかることが回避される。
には、疑似関節Ｊ０を含むロボットモデルを想定して位
置、速度、加速度が計算される。この計算結果を用いて
逆動力学の方程式を解くことを通して、疑似関節Ｊ０に
かかるトルクの大きさが求められる。その値がが予め設
定された制限値を上回る場合には、ロボットの動作速度
を低下させることで、疑似関節Ｊ０に制限値を越えたト
ルクがかかることが回避される。
【００１１】疑似関節Ｊ０に大きなトルクがかかり、搖
れが発生し易いのは、図２（２）に示したような姿勢を
ロボットがとった時であるが、本発明の方法によれば、
このような姿勢においても搖れの発生が未然に回避され
る。一方、図２（３）に示したような、搖れが発生し難
い姿勢においては、計画された速度が余程大きくない限
り、一般に動作速度の制限が行なわれない。
れが発生し易いのは、図２（２）に示したような姿勢を
ロボットがとった時であるが、本発明の方法によれば、
このような姿勢においても搖れの発生が未然に回避され
る。一方、図２（３）に示したような、搖れが発生し難
い姿勢においては、計画された速度が余程大きくない限
り、一般に動作速度の制限が行なわれない。
【００１２】このように、本発明の方法によれば、動作
のサイクルタイムを無用に長引かせることなく、低剛性
部分の存在に起因したロボットの振動が抑制される。ま
た、低剛性部分に変形を伴う負荷が繰り返しかかること
で発生する疲労や機構部の破損事故が予防される。
のサイクルタイムを無用に長引かせることなく、低剛性
部分の存在に起因したロボットの振動が抑制される。ま
た、低剛性部分に変形を伴う負荷が繰り返しかかること
で発生する疲労や機構部の破損事故が予防される。
【００１３】
【実施例】ここでは、下記３つの実施例（実施例１〜実
施例３）について、システム構成の概要を説明し、次い
で、疑似関節にかかるトルクを求める為の計算処理につ
いて補足説明を行なう。 ［実施例１］実施例１では、図３に示したシステム構成
を使用し、図５のフローチャートに示した処理に従って
ロボット制御が行なわれる。処理の概要は次のようなも
のである（疑似関節トルク制限処理 １）。
施例３）について、システム構成の概要を説明し、次い
で、疑似関節にかかるトルクを求める為の計算処理につ
いて補足説明を行なう。 ［実施例１］実施例１では、図３に示したシステム構成
を使用し、図５のフローチャートに示した処理に従って
ロボット制御が行なわれる。処理の概要は次のようなも
のである（疑似関節トルク制限処理 １）。
【００１４】ステップＳ１；ホストＣＰＵ１は、動作プ
ログラムデータに基づいて軌道計画を立て、一つの移動
経路区間について、位置（補間点位置、以下同様。）、
速度、加速度を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰ
Ｕ３へ伝える。 ステップＳ２；サブＣＰＵ３は、与えられた位置、速
度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑似関節にかか
るトルクτを計算する。
ログラムデータに基づいて軌道計画を立て、一つの移動
経路区間について、位置（補間点位置、以下同様。）、
速度、加速度を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰ
Ｕ３へ伝える。 ステップＳ２；サブＣＰＵ３は、与えられた位置、速
度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑似関節にかか
るトルクτを計算する。
【００１５】ステップＳ３；計算されたトルクτを制限
値τlim と比較する。 ステップＳ４；もし、τ＞τlim であれば軌道計画を修
正して速度を下げるようメインＣＰＵ１に要求する。 ステップＳ５；ホストＣＰＵ１は、軌道計画変更指令に
基づいて軌道計画を修正し、指令速度を低減し、それに
応じて位置、加速度のデータを修正計算し、共有ＲＡＭ
２を介してサブＣＰＵ３へ再度伝える。修正内容は、τ
とτlim の関係を表わすデータ、例えばτ／τlim の値
に基づいて、修正された軌道計画通りの動作を実行させ
た場合に疑似関節にかかるトルクが制限値τlim と一致
するように定められる。
値τlim と比較する。 ステップＳ４；もし、τ＞τlim であれば軌道計画を修
正して速度を下げるようメインＣＰＵ１に要求する。 ステップＳ５；ホストＣＰＵ１は、軌道計画変更指令に
基づいて軌道計画を修正し、指令速度を低減し、それに
応じて位置、加速度のデータを修正計算し、共有ＲＡＭ
２を介してサブＣＰＵ３へ再度伝える。修正内容は、τ
とτlim の関係を表わすデータ、例えばτ／τlim の値
に基づいて、修正された軌道計画通りの動作を実行させ
た場合に疑似関節にかかるトルクが制限値τlim と一致
するように定められる。
【００１６】ステップＳ６；サブＣＰＵ３は、再度与え
られた位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解く。 ステップＳ７；もし、ステップＳ３でτ≦τlim であれ
ば、軌道計画の修正を行なうことなく移動指令を作成し
て共有ＲＡＭ４を介してサーボＣＰＵ５へ移動指令を与
える。また、ステップＳ３でτ＞τlim であれば、ステ
ップＳ６で得られたデータに基づいて移動指令を作成
し、共有ＲＡＭ４を介してサーボＣＰＵ５へ移動指令を
与える。 ステップＳ８；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
られた位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解く。 ステップＳ７；もし、ステップＳ３でτ≦τlim であれ
ば、軌道計画の修正を行なうことなく移動指令を作成し
て共有ＲＡＭ４を介してサーボＣＰＵ５へ移動指令を与
える。また、ステップＳ３でτ＞τlim であれば、ステ
ップＳ６で得られたデータに基づいて移動指令を作成
し、共有ＲＡＭ４を介してサーボＣＰＵ５へ移動指令を
与える。 ステップＳ８；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
【００１７】［実施例２］実施例２では、実施例１と同
じく図３に示したシステム構成を使用するが、実施例１
とは若干異なる図６のフローチャートに示した処理に従
ってロボット制御が行なわれる。処理の概要は次のよう
なものである（疑似関節トルク制限処理２）。 ステップＴ１；ホストＣＰＵ１は、動作プログラムデー
タに基づいて軌道計画を立て、一つの移動経路区間につ
いて、位置（補間点位置、以下同様。）、速度、加速度
を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ伝え
る。
じく図３に示したシステム構成を使用するが、実施例１
とは若干異なる図６のフローチャートに示した処理に従
ってロボット制御が行なわれる。処理の概要は次のよう
なものである（疑似関節トルク制限処理２）。 ステップＴ１；ホストＣＰＵ１は、動作プログラムデー
タに基づいて軌道計画を立て、一つの移動経路区間につ
いて、位置（補間点位置、以下同様。）、速度、加速度
を計算し、共有ＲＡＭ２を介してサブＣＰＵ３へ伝え
る。
【００１８】ステップＴ２；サブＣＰＵ３は、与えられ
た位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑似
関節にかかるトルクτを計算する。 ステップＴ３；計算されたトルクτを制限値τlim と比
較する。 ステップＴ４；もし、τ＞τlim であればステップＴ２
で計算された速度を下方修正し、それに応じて位置を加
速度を修正する。この処理は、サブＣＰＵ３内で行なわ
れ、ホストＣＰＵ１に軌道計画修正要求は出されない。
た位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑似
関節にかかるトルクτを計算する。 ステップＴ３；計算されたトルクτを制限値τlim と比
較する。 ステップＴ４；もし、τ＞τlim であればステップＴ２
で計算された速度を下方修正し、それに応じて位置を加
速度を修正する。この処理は、サブＣＰＵ３内で行なわ
れ、ホストＣＰＵ１に軌道計画修正要求は出されない。
【００１９】ステップＴ５；もし、ステップＴ３でτ≦
τlim であれば、ステップＴ２で求められたデータに基
づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ４を介してサーボ
ＣＰＵ５へ移動指令を与える。また、ステップＴ３でτ
＞τlim であれば、ステップＴ４で修正されたデータに
基づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ４を介してサー
ボＣＰＵ５へ移動指令を与える。 ステップＴ６；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
τlim であれば、ステップＴ２で求められたデータに基
づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ４を介してサーボ
ＣＰＵ５へ移動指令を与える。また、ステップＴ３でτ
＞τlim であれば、ステップＴ４で修正されたデータに
基づいて移動指令を作成し、共有ＲＡＭ４を介してサー
ボＣＰＵ５へ移動指令を与える。 ステップＴ６；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
【００２０】［実施例３］実施例３では、図４に示した
システム構成を使用し、図７のフローチャートに示した
処理に従ってロボット制御が行なわれる。処理の概要は
次のようなものである（疑似関節トルク制限処理
３）。 ステップＵ１；ホストＣＰＵ１は、動作プログラムデー
タに基づいて軌道計画を立て、一つの移動経路区間につ
いて計画された速度（一定周期毎の移動指令）を共有Ｒ
ＡＭ２を介してサーボＣＰＵ５へ伝える。
システム構成を使用し、図７のフローチャートに示した
処理に従ってロボット制御が行なわれる。処理の概要は
次のようなものである（疑似関節トルク制限処理
３）。 ステップＵ１；ホストＣＰＵ１は、動作プログラムデー
タに基づいて軌道計画を立て、一つの移動経路区間につ
いて計画された速度（一定周期毎の移動指令）を共有Ｒ
ＡＭ２を介してサーボＣＰＵ５へ伝える。
【００２１】ステップＵ２；サーボＣＰＵ５は、与えら
れた位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑
似関節にかかるトルクτを計算する。 ステップＵ３；計算されたトルクτを制限値τlim と比
較する。
れた位置、速度、加速度より逆動力学方程式を解き、疑
似関節にかかるトルクτを計算する。 ステップＵ３；計算されたトルクτを制限値τlim と比
較する。
【００２２】ステップＵ４；もし、τ＞τlim であれ
ば、ホストＣＰＵ１からの移動指令（通信周期毎の移動
指令）をサーボ側の所定周期毎の移動指令に分配する際
に、ホストからの移動指令をサーボ側の所定周期よりも
多く分配し（即ち、ホストからの移動指令をサーボ側で
一部ため込みながら移動指令に分配し）、速度指令を低
減させる。 ステップＵ５；もし、τ≦τlim であれば、ホストＣＰ
Ｕ１からの移動指令（通信周期毎の移動指令）をサーボ
側の所定周期毎の移動指令にそのまま分配し、速度指令
を維持する。 ステップＵ６；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
ば、ホストＣＰＵ１からの移動指令（通信周期毎の移動
指令）をサーボ側の所定周期毎の移動指令に分配する際
に、ホストからの移動指令をサーボ側の所定周期よりも
多く分配し（即ち、ホストからの移動指令をサーボ側で
一部ため込みながら移動指令に分配し）、速度指令を低
減させる。 ステップＵ５；もし、τ≦τlim であれば、ホストＣＰ
Ｕ１からの移動指令（通信周期毎の移動指令）をサーボ
側の所定周期毎の移動指令にそのまま分配し、速度指令
を維持する。 ステップＵ６；サーボＣＰＵ５は、与えられた移動指令
に従い、パルスコーダ７の位置検出信号を利用し、各軸
についてモータ６の駆動・制御を行なう。
【００２３】なお、この実施例３の場合、通常、サーボ
ＣＰＵ５は複数個存在するので、一番処理負担の少ない
サーボＣＰＵ５内で逆動力学方程式を解き、共有ＲＡＭ
１６を通じてサーボＣＰＵ５に速度低減を指令する形を
とる。
ＣＰＵ５は複数個存在するので、一番処理負担の少ない
サーボＣＰＵ５内で逆動力学方程式を解き、共有ＲＡＭ
１６を通じてサーボＣＰＵ５に速度低減を指令する形を
とる。
【００２４】これら実施例で述べたように、疑似関節に
かかるトルクは、逆動力学方程式を解くことを通して求
められる。一般に、ロボットモデルが必要な構造パラメ
ータを用いて特定されれば、そのロボットモデルに含ま
れる関節軸にかかるトルクは計算可能である。この計算
法として、ニュートン−オイラー法が知られている。
かかるトルクは、逆動力学方程式を解くことを通して求
められる。一般に、ロボットモデルが必要な構造パラメ
ータを用いて特定されれば、そのロボットモデルに含ま
れる関節軸にかかるトルクは計算可能である。この計算
法として、ニュートン−オイラー法が知られている。
【００２５】以下、ニュートン−オイラー法を用いて疑
似関節にかかるトルクを求める為の計算処理について補
足説明を行なう。先ず、複数のリンクを結合した多関節
ロボットについて、各関節にかかるトルクをニュートン
−オイラー法によって求める一般的な手順は次のような
ものである。この方法自体は周知のものであるから、諸
量の定義の詳細等を省略し、概略のみを記す。ここで使
用される記号の意味は、以下の通りである。
似関節にかかるトルクを求める為の計算処理について補
足説明を行なう。先ず、複数のリンクを結合した多関節
ロボットについて、各関節にかかるトルクをニュートン
−オイラー法によって求める一般的な手順は次のような
ものである。この方法自体は周知のものであるから、諸
量の定義の詳細等を省略し、概略のみを記す。ここで使
用される記号の意味は、以下の通りである。
【００２６】ｎ；リンク数 ｍi ；リンクｉ（ｉ番目のリンク。以下同様。）の全質
量 ωi ；リンクｉのベース座標系から見た角度 ｖi ；リンクｉの質量中心の並進速度 ａi ；リンクｉの質量中心の並進加速度 ｆi ；第ｉ−１座標系（関節軸ｉ−１に対応して設定さ
れた座標系。以下同様。）において、リンクｉとそれよ
り手先側のリンクを支持するために、リンクｉ−１によ
ってのリンクｉへ及ぼされる力 ｎi ；第ｉ−１座標系において、リンクｉとそれより手
先側のリンクを支持するために、リンクｉ−１によって
のリンクｉへ及ぼされるモーメント τi ；関節ｉ（ｉ番目の関節。以下同様。）にかかるト
ルクi Ｒ0 ｓi *；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）に関するリ
ンクｉの質量中心の位置ベクトルi Ｒ0 ｐi *；第ｉ座標系表示の、リンク座標系（ｘi-1,
ｙi-1,ｚi-1 ）の原点からリンク座標系（ｘi,ｙi,ｚ
i ）の原点への位置ベクトルi Ｒ0 Ｉ3 0Ｒi ；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）に関
するリンクｉ自身の質量中心回りの慣性行列。ここで。
Ｉ3 は３×３の単位行列である。i-1 Ｒi ；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）で表わされて
いるベクトルをリンク座標系（ｘi-1,ｙi-1,ｚi-1 ）で
の表現に変換する回転行列で、下記の式で表わされる。
θi ，αi は両者の関係をＤ−Ｈパラメータで表わした
ものである。
量 ωi ；リンクｉのベース座標系から見た角度 ｖi ；リンクｉの質量中心の並進速度 ａi ；リンクｉの質量中心の並進加速度 ｆi ；第ｉ−１座標系（関節軸ｉ−１に対応して設定さ
れた座標系。以下同様。）において、リンクｉとそれよ
り手先側のリンクを支持するために、リンクｉ−１によ
ってのリンクｉへ及ぼされる力 ｎi ；第ｉ−１座標系において、リンクｉとそれより手
先側のリンクを支持するために、リンクｉ−１によって
のリンクｉへ及ぼされるモーメント τi ；関節ｉ（ｉ番目の関節。以下同様。）にかかるト
ルクi Ｒ0 ｓi *；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）に関するリ
ンクｉの質量中心の位置ベクトルi Ｒ0 ｐi *；第ｉ座標系表示の、リンク座標系（ｘi-1,
ｙi-1,ｚi-1 ）の原点からリンク座標系（ｘi,ｙi,ｚ
i ）の原点への位置ベクトルi Ｒ0 Ｉ3 0Ｒi ；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）に関
するリンクｉ自身の質量中心回りの慣性行列。ここで。
Ｉ3 は３×３の単位行列である。i-1 Ｒi ；リンク座標系（ｘi,ｙi,ｚi ）で表わされて
いるベクトルをリンク座標系（ｘi-1,ｙi-1,ｚi-1 ）で
の表現に変換する回転行列で、下記の式で表わされる。
θi ，αi は両者の関係をＤ−Ｈパラメータで表わした
ものである。
【００２７】なお、ここでは次の諸関係が成立するもの
とする。i Ｒi-1 ＝（i-1Ｒi ）T 0 Ｒ0 ＝Ｉ3 i Ｒi+1 ＝Ｉ3 （フランジ面とワーク中心とは同心）
とする。i Ｒi-1 ＝（i-1Ｒi ）T 0 Ｒ0 ＝Ｉ3 i Ｒi+1 ＝Ｉ3 （フランジ面とワーク中心とは同心）
【００２８】
【数１】 ステップ１（初期条件の設定）；次のように、初期条件
を設定し、ステップN1〜ステップN6の処理サイクルを実
行する。
を設定し、ステップN1〜ステップN6の処理サイクルを実
行する。
【００２９】
【数２】 ステップ１；次のように、初期条件を設定し、以下の如
くステップN1〜ステップN6の処理を実行する。
くステップN1〜ステップN6の処理を実行する。
【００３０】ステップN1；ｉ＝１ ステップN2からステップN5までは次の通りである。
【００３１】
【数３】 ステップN6；ｉ＝１ならば、計算処理終わり。ｉ≠１な
らば、ｉ＝ｉ−１とした上で、ステップN5へ戻る。
らば、ｉ＝ｉ−１とした上で、ステップN5へ戻る。
【００３２】図８は、このニュートン−オイラー法を従
来方式（疑似関節を想定しない方式）で適用する際のロ
ボットモデルの一例を表わしている。このロボットモデ
ルは、図１に示したロボットモデルにおいて、第４軸以
下の作用を無視または第４軸以下不存在を仮定したもの
に相当している。なお、図中のパラメータの内、θi，
ｄi ，ａi ，αi はＤ−Ｈパラメータであり、関節軸の
角度ｑ1 〜ｑ3 、リンク長ｌ1 〜ｌ3 を使って、図８中
に併記した表のように表わされる。
来方式（疑似関節を想定しない方式）で適用する際のロ
ボットモデルの一例を表わしている。このロボットモデ
ルは、図１に示したロボットモデルにおいて、第４軸以
下の作用を無視または第４軸以下不存在を仮定したもの
に相当している。なお、図中のパラメータの内、θi，
ｄi ，ａi ，αi はＤ−Ｈパラメータであり、関節軸の
角度ｑ1 〜ｑ3 、リンク長ｌ1 〜ｌ3 を使って、図８中
に併記した表のように表わされる。
【００３３】このロボットモデルに基づいて、ニュート
ン−オイラー法により関節トルクを計算するに必要なパ
ラメータは次のように決まる。また、各リンクの質量中
心回りのイナーシャを表わす慣性行列、 iＲ0 Ｉ3 0Ｒ
i は、リンクの構造データ等から予め別途定められる。
これらパラメータを使って、前述の計算処理を実行すれ
ば、従来方式により関節トルクが計算される。
ン−オイラー法により関節トルクを計算するに必要なパ
ラメータは次のように決まる。また、各リンクの質量中
心回りのイナーシャを表わす慣性行列、 iＲ0 Ｉ3 0Ｒ
i は、リンクの構造データ等から予め別途定められる。
これらパラメータを使って、前述の計算処理を実行すれ
ば、従来方式により関節トルクが計算される。
【００３４】
【数４】 次に、本発明を適用する為に、図８に示したロボットモ
デルを修正したものの一例を図９に示した。このロボッ
トモデルは、図８に示したロボットモデルにおける第１
軸よりベース側に低剛性部分が存在した場合に対処する
為に、該部分に疑似関節軸をＪ１軸として設定したもの
に相当している。
デルを修正したものの一例を図９に示した。このロボッ
トモデルは、図８に示したロボットモデルにおける第１
軸よりベース側に低剛性部分が存在した場合に対処する
為に、該部分に疑似関節軸をＪ１軸として設定したもの
に相当している。
【００３５】このロボットモデルを記述するＤ−Ｈパラ
メータ、θi ，ｄi ，ａi ，αi は関節軸の角度ｑ1'〜
ｑ4'、リンク長ｌ1'〜ｌ4'を使って、図９中に併記した
表のように表わされる。本ロボットモデルにおけるｑ1'
〜ｑ4'，ｌ1'〜ｌ4'，ｍ1'〜ｍ4'と図８に示したロボッ
トモデルにおけるｑ1 〜ｑ3 ，ｌ1 〜ｌ3 ，ｍ1 〜ｍ3
の間には、次の関係がある。
メータ、θi ，ｄi ，ａi ，αi は関節軸の角度ｑ1'〜
ｑ4'、リンク長ｌ1'〜ｌ4'を使って、図９中に併記した
表のように表わされる。本ロボットモデルにおけるｑ1'
〜ｑ4'，ｌ1'〜ｌ4'，ｍ1'〜ｍ4'と図８に示したロボッ
トモデルにおけるｑ1 〜ｑ3 ，ｌ1 〜ｌ3 ，ｍ1 〜ｍ3
の間には、次の関係がある。
【００３６】
【数５】 このロボットモデルに基づいて、ニュートン−オイラー
法により関節トルクを計算するに必要なパラメータは次
のように決まる。ｎ＝４となっているのは、疑似関節が
追加されたためである。各リンクの質量中心回りのイナ
ーシャを表わす慣性行列、 iＲ0 Ｉ3 0Ｒi は、リンク
の構造データ等から予め別途定められることは従来方式
と同様である。
法により関節トルクを計算するに必要なパラメータは次
のように決まる。ｎ＝４となっているのは、疑似関節が
追加されたためである。各リンクの質量中心回りのイナ
ーシャを表わす慣性行列、 iＲ0 Ｉ3 0Ｒi は、リンク
の構造データ等から予め別途定められることは従来方式
と同様である。
【００３７】
【数６】 これらパラメータを使って、上記ｍi'，ｑi'をｍi ，ｑ
i と置き換えて、前述のニュートン−オイラー法による
計算処理を実行すれば、疑似関節Ｊ１を含む各関節にか
かるトルクが計算される。但し、Ｊ１は疑似関節であ
り、実際にその角度、速度、加速度を観測することは困
難である。そこで、これらは比較的小さいものと考え、
次のように仮定することが現実的であり、この仮定によ
り、疑似関節Ｊ１にかかるトルクは、他の元来存在する
関節軸の実際の動作における干渉トルク分のみから計算
される。
i と置き換えて、前述のニュートン−オイラー法による
計算処理を実行すれば、疑似関節Ｊ１を含む各関節にか
かるトルクが計算される。但し、Ｊ１は疑似関節であ
り、実際にその角度、速度、加速度を観測することは困
難である。そこで、これらは比較的小さいものと考え、
次のように仮定することが現実的であり、この仮定によ
り、疑似関節Ｊ１にかかるトルクは、他の元来存在する
関節軸の実際の動作における干渉トルク分のみから計算
される。
【００３８】
【数７】 図９に示したロボットモデルで疑似関節を導入したこと
によりｎ＝４となっているから、前述の計算処理中でス
テップN2とステップN5の処理が、図８のロボットモデル
を使用した従来方式による計算と比べて１回づつ増加す
る。なお、ここでは、主として低剛性部分が第１軸より
もベース側に存在するケースについて述べたが、これは
制振制御の普及を念頭においたものである。制振制御が
適用されていない場合には、例えば、各リンクの低剛性
部分、減速機の低剛性部分など他の部分に疑似関節を設
定して、本アルゴリズムを適用することも可能である。
によりｎ＝４となっているから、前述の計算処理中でス
テップN2とステップN5の処理が、図８のロボットモデル
を使用した従来方式による計算と比べて１回づつ増加す
る。なお、ここでは、主として低剛性部分が第１軸より
もベース側に存在するケースについて述べたが、これは
制振制御の普及を念頭においたものである。制振制御が
適用されていない場合には、例えば、各リンクの低剛性
部分、減速機の低剛性部分など他の部分に疑似関節を設
定して、本アルゴリズムを適用することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、実際に低剛性部分に大
きなトルクがかかった場合に限って動作速度が制限され
るので、動作のサイクルタイムを無用に長引かせること
なく、低剛性部分の存在に起因したロボットの振動を抑
制することが出来る。また、低剛性部分に過大な負荷が
かかることを防止することで、機構部の破損事故を防止
する効果が期待される。
きなトルクがかかった場合に限って動作速度が制限され
るので、動作のサイクルタイムを無用に長引かせること
なく、低剛性部分の存在に起因したロボットの振動を抑
制することが出来る。また、低剛性部分に過大な負荷が
かかることを防止することで、機構部の破損事故を防止
する効果が期待される。
【図１】第１軸より更にベース側の部分に低剛性部分が
存在する低剛性ロボットの問題点について説明する図
で、（１）一般的な姿勢、（２）振動が発生し易い姿
勢、及び（３）振動が発生し難い姿勢の各々を第４軸
（Ｊ４）以降を省略して概念的に表わしたものである。
存在する低剛性ロボットの問題点について説明する図
で、（１）一般的な姿勢、（２）振動が発生し易い姿
勢、及び（３）振動が発生し難い姿勢の各々を第４軸
（Ｊ４）以降を省略して概念的に表わしたものである。
【図２】図１に示した低剛性ロボットの低剛性部分に疑
似関節を想定することについて説明する図で、（１）一
般的な姿勢、（２）振動が発生し易い姿勢、及び（３）
振動が発生し難い姿勢の各々を第４軸（Ｊ４）以降を省
略して概念的に表わしたものである。
似関節を想定することについて説明する図で、（１）一
般的な姿勢、（２）振動が発生し易い姿勢、及び（３）
振動が発生し難い姿勢の各々を第４軸（Ｊ４）以降を省
略して概念的に表わしたものである。
【図３】実施例１及び実施例２でロボット制御の為に使
用されるシステム構成を表わすブロック図である。
用されるシステム構成を表わすブロック図である。
【図４】実施例３でロボット制御の為に使用されるシス
テム構成を表わすブロック図である。
テム構成を表わすブロック図である。
【図５】実施例１における処理（疑似関節トルク制限処
理 １）の概要を記したフローチャートである。
理 １）の概要を記したフローチャートである。
【図６】実施例２における処理（疑似関節トルク制限処
理 ２）の概要を記したフローチャートである。
理 ２）の概要を記したフローチャートである。
【図７】実施例３における処理（疑似関節トルク制限処
理 ３）の概要を記したフローチャートである。
理 ３）の概要を記したフローチャートである。
【図８】ニュートン−オイラー法を従来方式（疑似関節
を想定しない方式）で適用する際のロボットモデルの一
例を、当ロボットモデルを記述するＤ−Ｈパラメータに
関する表とともに示した図である。
を想定しない方式）で適用する際のロボットモデルの一
例を、当ロボットモデルを記述するＤ−Ｈパラメータに
関する表とともに示した図である。
【図９】本発明を適用する為に、図８に示したロボット
モデルを修正して疑似関節を想定したものを、当ロボッ
トモデルを記述するＤ−Ｈパラメータに関する表ととも
に示した図である。
モデルを修正して疑似関節を想定したものを、当ロボッ
トモデルを記述するＤ−Ｈパラメータに関する表ととも
に示した図である。
１ ホストＣＰＵ ２，４ 共有ＲＡＭ ３ サブＣＰＵ ５ サーボＣＰＵ ６ モータ ７ パルスコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/416 Ｇ０５Ｄ 3/00 Ａ Ｇ０５Ｄ 3/00 3/12 Ｑ ３０５Ｖ 3/12 ３０５Ｅ ３０５ ３０６Ｇ 17/02 ３０６ 0360−3Ｈ Ｇ０５Ｂ 15/02 Ｍ 17/02 19/407 Ｑ
Claims (3)
- 【請求項１】 低剛性部分を有するロボットの制御方法
において、 前記ロボットの前記低剛性部分に疑似関節の存在を想定
したものをロボットモデルとし、ロボットモデルについ
て計画された位置、速度、加速度の情報を用いて逆動力
学の方程式を解くことにより前記疑似関節にかかるトル
クを求め、 この値を予め設定された制限値と比較し、前記疑似関節
にかかるトルクが前記予め設定された制限値を上回る場
合にロボットの動作速度を低下させ、疑似関節に制限値
を越えたトルクがかかることを回避するようにした、前
記低剛性ロボットの制御方法。 - 【請求項２】 前記低剛性部分が前記ロボットの第１軸
よりもベース側に存在し、該部分に前記疑似関節の存在
が想定される、前記低剛性ロボットの制御方法。 - 【請求項３】 前記疑似関節について予め設定されるト
ルクの制限値は、前記疑似関節の存在が想定された部分
の柔らかさを表わすバネ定数と、該部分に許容される撓
み量に対応した疑似関節の回転変位量との積に基づいて
定められる請求項１または請求項２に記載された、前記
低剛性ロボットの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18323595A JPH0916232A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 低剛性ロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18323595A JPH0916232A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 低剛性ロボットの制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0916232A true JPH0916232A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=16132148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18323595A Withdrawn JPH0916232A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 低剛性ロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0916232A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002318609A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-31 | Yaskawa Electric Corp | 最適指令生成方法 |
| JP2005196488A (ja) * | 2004-01-07 | 2005-07-21 | Okuma Corp | 送り駆動系の制御装置 |
| CN107168051A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-09-15 | 西北工业大学 | 一种基于Tau理论的航天器交会制导方法 |
-
1995
- 1995-06-28 JP JP18323595A patent/JPH0916232A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002318609A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-31 | Yaskawa Electric Corp | 最適指令生成方法 |
| JP2005196488A (ja) * | 2004-01-07 | 2005-07-21 | Okuma Corp | 送り駆動系の制御装置 |
| CN107168051A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-09-15 | 西北工业大学 | 一种基于Tau理论的航天器交会制导方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |