JPH09323277A - ロボットの制御方法及び制御装置 - Google Patents
ロボットの制御方法及び制御装置Info
- Publication number
- JPH09323277A JPH09323277A JP8163620A JP16362096A JPH09323277A JP H09323277 A JPH09323277 A JP H09323277A JP 8163620 A JP8163620 A JP 8163620A JP 16362096 A JP16362096 A JP 16362096A JP H09323277 A JPH09323277 A JP H09323277A
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- Japan
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- robot
- robot arm
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動力伝達機構としてロボットアームの各関節
軸とこれを駆動するモータとの間に減速機を有するよう
にされた複数のアームを有するロボットにおいて、アー
ムの個々についてそのトルクリップルによる振動を抑制
する。 【解決手段】 モータ１ｃを制御するモーター制御手段
１ｄからモータ１ｃへ送信される電流信号を検出し、ま
たモータ１ｃから減速機１ｂへ送信される位置信号より
速度信号を検出し、これら検出された電流信号及び速度
信号を基に、ロボット本体の固有振動数の成分を少なく
とも一つ持つ状態方程式から構成された状態オブザーバ
より、ロボットアーム１ａの位置及び速度を推定し、推
定されたロボットアーム１ａの位置及び速度をモーター
制御手段１ｄへフィードバックすることにより、ロボッ
トアーム１ａの振動を抑制する。
軸とこれを駆動するモータとの間に減速機を有するよう
にされた複数のアームを有するロボットにおいて、アー
ムの個々についてそのトルクリップルによる振動を抑制
する。 【解決手段】 モータ１ｃを制御するモーター制御手段
１ｄからモータ１ｃへ送信される電流信号を検出し、ま
たモータ１ｃから減速機１ｂへ送信される位置信号より
速度信号を検出し、これら検出された電流信号及び速度
信号を基に、ロボット本体の固有振動数の成分を少なく
とも一つ持つ状態方程式から構成された状態オブザーバ
より、ロボットアーム１ａの位置及び速度を推定し、推
定されたロボットアーム１ａの位置及び速度をモーター
制御手段１ｄへフィードバックすることにより、ロボッ
トアーム１ａの振動を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】ロボットアームの各関節軸と
これを駆動するモータとの間の動力伝達機構である減速
機の特性により生じるロボットアームの振動を抑制する
ため制御方式および制御装置に関する。
これを駆動するモータとの間の動力伝達機構である減速
機の特性により生じるロボットアームの振動を抑制する
ため制御方式および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】動力伝達機構としてロボットアームの各
関節軸とこれを駆動するモータとの間に減速機を有する
ようにされたロボットは、減速機の特性によりモータの
回転数の数倍の周波数を有するトルクリップルが発生す
る。このトルクリップルの周波数とロボット本体の固有
周波数とが一致すると、ロボットアームに振動が発生す
る。ロボットアームに振動が発生すると、ロボット先端
部の軌跡精度が悪化し、これにより例えば切削加工ロボ
ットにおいては切削精度の低下を招くという事態を生じ
させていた。
関節軸とこれを駆動するモータとの間に減速機を有する
ようにされたロボットは、減速機の特性によりモータの
回転数の数倍の周波数を有するトルクリップルが発生す
る。このトルクリップルの周波数とロボット本体の固有
周波数とが一致すると、ロボットアームに振動が発生す
る。ロボットアームに振動が発生すると、ロボット先端
部の軌跡精度が悪化し、これにより例えば切削加工ロボ
ットにおいては切削精度の低下を招くという事態を生じ
させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】減速機のトルクリップ
ルによるロボットアームの振動を抑制する方法として
は、例えば特開平８−１５６０号公報に開示されている
ように、同方向に可動する２つのロボットアームをそれ
ぞれ逆側に振動させ、これにより発生するトルクリップ
ルを相殺させるようにしていた。しかしながら、特開平
８−１５６０号の方法では、同方向に可動する２つの連
結されたアーム構造においてしかその効果がなく、１つ
のアームでのトルクリップルによるロボットアームの振
動抑制には対処していない。
ルによるロボットアームの振動を抑制する方法として
は、例えば特開平８−１５６０号公報に開示されている
ように、同方向に可動する２つのロボットアームをそれ
ぞれ逆側に振動させ、これにより発生するトルクリップ
ルを相殺させるようにしていた。しかしながら、特開平
８−１５６０号の方法では、同方向に可動する２つの連
結されたアーム構造においてしかその効果がなく、１つ
のアームでのトルクリップルによるロボットアームの振
動抑制には対処していない。
【０００４】そこで本発明は、動力伝達機構としてロボ
ットアームの各関節軸とこれを駆動するモータとの間に
減速機を有するようにされた複数のアームを有するロボ
ットにおいて、アームの個々についてそのトルクリップ
ルによる振動を抑制することを目的とする。
ットアームの各関節軸とこれを駆動するモータとの間に
減速機を有するようにされた複数のアームを有するロボ
ットにおいて、アームの個々についてそのトルクリップ
ルによる振動を抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ロボ
ットアームの各関節軸が減速機を介したモータにより駆
動するようにされたロボットの制御方法において、モー
タを制御するモーター制御手段からモータへ送信される
電流信号を検出し、またモータから減速機へ送信される
位置信号より速度信号を検出し、これら検出された電流
信号及び速度信号を基に、ロボット本体の固有振動数の
成分を少なくとも一つ持つ状態方程式から構成された状
態オブザーバより、ロボットアームの位置及び速度を推
定し、推定されたロボットアームの位置及び速度をモー
ター制御手段へフィードバックすることにより、ロボッ
トアームの振動を抑制するようにしたことを特徴とする
ロボットの制御方法を提供することにより、上述の従来
技術の課題を解決した。
ットアームの各関節軸が減速機を介したモータにより駆
動するようにされたロボットの制御方法において、モー
タを制御するモーター制御手段からモータへ送信される
電流信号を検出し、またモータから減速機へ送信される
位置信号より速度信号を検出し、これら検出された電流
信号及び速度信号を基に、ロボット本体の固有振動数の
成分を少なくとも一つ持つ状態方程式から構成された状
態オブザーバより、ロボットアームの位置及び速度を推
定し、推定されたロボットアームの位置及び速度をモー
ター制御手段へフィードバックすることにより、ロボッ
トアームの振動を抑制するようにしたことを特徴とする
ロボットの制御方法を提供することにより、上述の従来
技術の課題を解決した。
【０００６】減速機の特性のため、周波数を数倍したト
ルクリップルによりロボットのアームが振動し、この振
動の影響はモータの入力電流に現れることになる。上記
の構成はこの現象を利用したものであり、ロボットの固
有振動数を考慮したモデルにより構成した状態オブザー
バを用いることにより、トルクリップルの影響を含んだ
電流信号とモータの速度信号とにより、トルクリップル
により振動したロボットアームの位置と速度を推定し、
この推定したロボットアームの位置と速度をモータを制
御する装置へフィードバックすることにより、トルクリ
ップルによるアームの振動を抑制することができる。
ルクリップルによりロボットのアームが振動し、この振
動の影響はモータの入力電流に現れることになる。上記
の構成はこの現象を利用したものであり、ロボットの固
有振動数を考慮したモデルにより構成した状態オブザー
バを用いることにより、トルクリップルの影響を含んだ
電流信号とモータの速度信号とにより、トルクリップル
により振動したロボットアームの位置と速度を推定し、
この推定したロボットアームの位置と速度をモータを制
御する装置へフィードバックすることにより、トルクリ
ップルによるアームの振動を抑制することができる。
【０００７】また、上記制御方法を実施するための装置
として、モータを制御するための電流信号を発生するモ
ーター制御手段と、モータから減速機へ送信される位置
信号より速度信号を検出する速度信号検出手段と、この
速度信号検出手段により検出された速度信号とモーター
制御手段から出力される電流信号を基に、ロボット本体
の固有振動数の成分を少なくとも一つ持つ状態方程式か
ら構成された状態オブザーバより、ロボットアームの位
置及び速度を推定する状態推定手段と、を有し、この状
態推定手段により推定されたロボットアームの位置及び
速度をモーター制御手段へフィードバックすることによ
り、ロボットアームの振動を抑制するようにしたことを
特徴とするロボットの制御装置を提供することにした。
として、モータを制御するための電流信号を発生するモ
ーター制御手段と、モータから減速機へ送信される位置
信号より速度信号を検出する速度信号検出手段と、この
速度信号検出手段により検出された速度信号とモーター
制御手段から出力される電流信号を基に、ロボット本体
の固有振動数の成分を少なくとも一つ持つ状態方程式か
ら構成された状態オブザーバより、ロボットアームの位
置及び速度を推定する状態推定手段と、を有し、この状
態推定手段により推定されたロボットアームの位置及び
速度をモーター制御手段へフィードバックすることによ
り、ロボットアームの振動を抑制するようにしたことを
特徴とするロボットの制御装置を提供することにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図２は本実施形態において対象と
なるロボットの簡易モデルである。ロボットアーム２ａ
とモータ２ｂとはロボットの固有振動数を有するバネ２
ｃで連結されており、固有振動数に一致するトルクリッ
プルがロボットアーム２ａに入力されると、共振が発生
して大きく振動する構造となっている。
に基づいて説明する。図２は本実施形態において対象と
なるロボットの簡易モデルである。ロボットアーム２ａ
とモータ２ｂとはロボットの固有振動数を有するバネ２
ｃで連結されており、固有振動数に一致するトルクリッ
プルがロボットアーム２ａに入力されると、共振が発生
して大きく振動する構造となっている。
【０００９】図１はこのようなロボットモデルを制御す
るための本発明における制御装置の一実施形態を示した
ものである。関節軸駆動モータであるモータ１ｃはモー
タ制御手段１ｄから出力された電流信号ｉにより駆動さ
れる。ロボットアーム１ａは減速機１ｂを介してモータ
１ｃにより駆動される。モータ１ｃの出力であるモータ
の位置信号ｘは、減速機１ｂへ送信されるとともに速度
信号検出手段である微分器１ｅへも送信され、微分器１
ｅでは送信されたモータの位置信号ｘを微分することに
よりモータの速度信号ｘ′が算出される。状態推定手段
１ｆは、このモータの速度信号ｘ′とモータ制御手段１
ｄから出力された電流信号ｉとを入力し、これらの値を
基にロボット本体の固有振動数の成分を少なくとも一つ
持つ状態方程式から構成された状態オブザーバより、ロ
ボットアームの位置ｘr 及び速度ｘr ′を推定し、推定
されたこれらの値をモーター制御手段１ｄへフィードバ
ックする。
るための本発明における制御装置の一実施形態を示した
ものである。関節軸駆動モータであるモータ１ｃはモー
タ制御手段１ｄから出力された電流信号ｉにより駆動さ
れる。ロボットアーム１ａは減速機１ｂを介してモータ
１ｃにより駆動される。モータ１ｃの出力であるモータ
の位置信号ｘは、減速機１ｂへ送信されるとともに速度
信号検出手段である微分器１ｅへも送信され、微分器１
ｅでは送信されたモータの位置信号ｘを微分することに
よりモータの速度信号ｘ′が算出される。状態推定手段
１ｆは、このモータの速度信号ｘ′とモータ制御手段１
ｄから出力された電流信号ｉとを入力し、これらの値を
基にロボット本体の固有振動数の成分を少なくとも一つ
持つ状態方程式から構成された状態オブザーバより、ロ
ボットアームの位置ｘr 及び速度ｘr ′を推定し、推定
されたこれらの値をモーター制御手段１ｄへフィードバ
ックする。
【００１０】ここで、状態推定手段１ｆにおいて行われ
る処理について説明する。ロボットアームの運動方程式
より、式（１）及び式（２）に示す状態方程式が導出さ
れる。
る処理について説明する。ロボットアームの運動方程式
より、式（１）及び式（２）に示す状態方程式が導出さ
れる。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】式（１）及び式（２）における行列Ａ、
Ｂ、Ｃ、及びｘは、式（３）〜（６）で示される。
Ｂ、Ｃ、及びｘは、式（３）〜（６）で示される。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】
【数５】
【００１７】
【数６】
【００１８】式（１）〜（６）において、ｘm はモータ
の位置、Ｊm 、Ｊr はそれぞれモータ軸、アーム軸の慣
性モーメント、Ｋ、Ｄはそれぞれロボットの剛性をあら
わすばね定数、ダンパ定数であり、Ｋ／Ｊm はロボット
の固有周波数成分となっている。また、ｘs はロボット
アームの位置ｘr からモータの位置ｘm を減じた値、す
なわちｘs ＝ｘr −ｘm である。ｘm ′、ｘs ′はそれ
ぞれｘm 、ｘs の微分値であり、Ｅはモータ１ｃのトル
ク定数である。式（１）〜（６）により、推定則χは式
（７）により与えられる。
の位置、Ｊm 、Ｊr はそれぞれモータ軸、アーム軸の慣
性モーメント、Ｋ、Ｄはそれぞれロボットの剛性をあら
わすばね定数、ダンパ定数であり、Ｋ／Ｊm はロボット
の固有周波数成分となっている。また、ｘs はロボット
アームの位置ｘr からモータの位置ｘm を減じた値、す
なわちｘs ＝ｘr −ｘm である。ｘm ′、ｘs ′はそれ
ぞれｘm 、ｘs の微分値であり、Ｅはモータ１ｃのトル
ク定数である。式（１）〜（６）により、推定則χは式
（７）により与えられる。
【００１９】
【数７】
【００２０】式（７）において、Ｌは推定ゲインであ
り、χ′は推定則χの微分値である。よって、ｘr ＝χ
s ＋ｘm によりロボットアーム１ａの位置ｘr が、ま
た、ｘr′＝χs ′＋ｘm ′によりロボットアーム１ａ
の速度ｘr ′が推定できる。推定されたロボットアーム
１ａの位置ｘr 及び速度ｘr ′はモータ制御手段１ｄへ
フィードバックされ、アーム指令値との偏差がなくなる
ように制御されることにより、トルクリップルの周波数
とロボット本体の固有周波数とが一致することにより生
ずるロボットアーム１ａの振動が抑制される。
り、χ′は推定則χの微分値である。よって、ｘr ＝χ
s ＋ｘm によりロボットアーム１ａの位置ｘr が、ま
た、ｘr′＝χs ′＋ｘm ′によりロボットアーム１ａ
の速度ｘr ′が推定できる。推定されたロボットアーム
１ａの位置ｘr 及び速度ｘr ′はモータ制御手段１ｄへ
フィードバックされ、アーム指令値との偏差がなくなる
ように制御されることにより、トルクリップルの周波数
とロボット本体の固有周波数とが一致することにより生
ずるロボットアーム１ａの振動が抑制される。
【００２１】図３に従来の制御方法でのアーム先端の振
動加速度（ａ）と本実施形態の制御方法でのアーム先端
の振動加速度（ｂ）を示す。それぞれの図において、横
軸は時間（単位は秒）、縦軸は振動加速度（rad/s2）で
ある。図（ａ）に示す従来の制御方法ではトルクリップ
ルによる振動が大きくあらわれているのに対して、本実
施形態の制御方法では振動が大きく低減していることが
わかる。
動加速度（ａ）と本実施形態の制御方法でのアーム先端
の振動加速度（ｂ）を示す。それぞれの図において、横
軸は時間（単位は秒）、縦軸は振動加速度（rad/s2）で
ある。図（ａ）に示す従来の制御方法ではトルクリップ
ルによる振動が大きくあらわれているのに対して、本実
施形態の制御方法では振動が大きく低減していることが
わかる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ロボットアームの各関
節軸が減速機を介したモータにより駆動するようにされ
たロボットにおいて、ロボットの固有振動数を考慮した
モデルにより構成した状態オブザーバを用いることによ
り、トルクリップルの影響を含んだ電流信号とモータの
速度信号とにより、トルクリップルにより振動したロボ
ットアームの位置及び速度を推定し、この推定したロボ
ットアームの位置及び速度をモータの制御装置へフィー
ドバックすることにより、トルクリップルによるアーム
の振動を抑制するようにしたので、アームの個々につい
てトルクリップルによる振動を抑制することが可能とな
った。
節軸が減速機を介したモータにより駆動するようにされ
たロボットにおいて、ロボットの固有振動数を考慮した
モデルにより構成した状態オブザーバを用いることによ
り、トルクリップルの影響を含んだ電流信号とモータの
速度信号とにより、トルクリップルにより振動したロボ
ットアームの位置及び速度を推定し、この推定したロボ
ットアームの位置及び速度をモータの制御装置へフィー
ドバックすることにより、トルクリップルによるアーム
の振動を抑制するようにしたので、アームの個々につい
てトルクリップルによる振動を抑制することが可能とな
った。
【図１】本発明の一実施形態を示す制御ブロック図であ
る。
る。
【図２】ロボットモデルの一例を示す図である。
【図３】従来技術におけるアーム先端の振動加速度を示
す図（ａ）と、本発明の一実施形態におけるアーム先端
の振動加速度を示す図（ｂ）である。
す図（ａ）と、本発明の一実施形態におけるアーム先端
の振動加速度を示す図（ｂ）である。
１ａ ロボットアーム １ｂ 減速機 １ｃ モータ １ｄ モータ制御手段 １ｅ 微分器（速度信号検出手段） １ｆ 状態推定手段
Claims (2)
- 【請求項１】ロボットアームの各関節軸が減速機を介し
たモータにより駆動するようにされたロボットの制御方
法において、モータを制御するモーター制御手段からモ
ータへ送信される電流信号を検出し、またモータから減
速機へ送信される位置信号より速度信号を検出し、該電
流信号及び速度信号を基に、ロボット本体の固有振動数
の成分を少なくとも一つ持つ状態方程式から構成された
状態オブザーバより、ロボットアームの位置及び速度を
推定し、該推定されたロボットアームの位置及び速度を
前記モーター制御手段へフィードバックすることによ
り、ロボットアームの振動を抑制するようにしたことを
特徴とするロボットの制御方法。 - 【請求項２】ロボットアームの各関節軸が減速機を介し
たモータにより駆動するようにされたロボットの制御装
置において、モータを制御するための電流信号を発生す
るモーター制御手段と、モータから減速機へ送信される
位置信号より速度信号を検出する速度信号検出手段と、
該速度信号検出手段により検出された速度信号と前記モ
ーター制御手段から出力される前記電流信号を基に、ロ
ボット本体の固有振動数の成分を少なくとも一つ持つ状
態方程式から構成された状態オブザーバより、ロボット
アームの位置及び速度を推定する状態推定手段と、を有
し、該状態推定手段により推定されたロボットアームの
位置及び速度を前記モーター制御手段へフィードバック
することにより、ロボットアームの振動を抑制するよう
にしたことを特徴とするロボットの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8163620A JPH09323277A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | ロボットの制御方法及び制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8163620A JPH09323277A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | ロボットの制御方法及び制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09323277A true JPH09323277A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15777397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8163620A Pending JPH09323277A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | ロボットの制御方法及び制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09323277A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100911040B1 (ko) * | 2001-09-06 | 2009-08-06 | 소니 가부시끼 가이샤 | 위치결정장치 및 위치결정방법 |
-
1996
- 1996-06-05 JP JP8163620A patent/JPH09323277A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100911040B1 (ko) * | 2001-09-06 | 2009-08-06 | 소니 가부시끼 가이샤 | 위치결정장치 및 위치결정방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000208 |