JPH10340105A

JPH10340105A - ロボットの制御装置

Info

Publication number: JPH10340105A
Application number: JP15103797A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hagiwara; 萩原　　淳; Hidenori Tomizaki; 秀徳富崎; Yasuyuki Inoue; 康之井上
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】制御部にフィードバックすべき測定可能な状
態変数の値がオブザーバの推定計算に適していない場合
でも、オブザーバ推定値の誤差を小さい値に止め、オブ
ザーバ適用時のロボットアームの制振効果を向上させる
こと。【解決手段】オブザーバの推定計算に適した演算方法
により測定可能な状態変数を計算するオブザーバ用状態
変数演算部１０４を備えて構成し、サーボモータの状態
量に基づいて、関節駆動サーボモータを制御する制御部
１０１にフィードバックすべき、測定可能な状態変数を
状態変数演算部１０３により計算し、オブザーバ計算部
１０５における測定不可能な状態変数の推定で使用する
測定可能な状態変数をオブザーバ用状態変数演算部１０
４により計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィードバック制
御される関節駆動サーボモータにより各アームが独立に
駆動されるロボットの制御装置に係り、特に、制御部に
フィードバックすべき測定可能な状態変数の値がオブザ
ーバの推定計算に適していない場合でも、オブザーバ推
定値の誤差を小さくし、オブザーバ適用時の制御対象に
おける振動等を抑制するロボットの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のロボットの制御装置としては、例
えば図６に示すようなものがある。図６において、本従
来例のロボットの制御装置は、制御部６０１、検出部６
０２、状態変数演算部６０３およびオブザーバ計算部６
０５を備えて構成されている。本従来例のロボットの制
御装置では、制御対象であるロボットアームの状態量を
検出部６０２で検出し、該検出部６０２の出力から測定
可能な状態変数を状態変数演算部６０３で計算し、制御
部６０１にフィードバックすると共に、その計算された
測定可能な状態変数を、そのままオブザーバ計算部６０
５の推定計算で使用し、オブザーバ計算部６０５によっ
て測定不可能な状態変数を推定した後、該推定値を制御
部６０１にフィードバックすることによってロボットア
ームを制御する方法をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のロボットの制御装置にあっては、制御部６０１にフ
ィードバックしている状態変数演算部６０３で計算され
た測定可能な状態変数を、そのままオブザーバ計算部６
０５における推定計算でも使用しているため、状態変数
演算部６０３で計算された測定可能な状態変数の値がオ
ブザーバ計算部６０５の推定計算に適していない場合、
例えば、測定可能な状態変数である速度のリップルが大
きい低速動作などでは、その値をそのまま使用してオブ
ザーバ計算部６０５で推定を行うと、オブザーバ推定値
に大きな誤差が生じ、オブザーバを使用せずに構成した
制御系よりもオブザーバを適用して構成した制御系の方
が、制御対象であるロボットアームにおける振動が大き
くなるという問題があった。本発明は、上記従来の問題
点に鑑みてなされたものであって、制御部にフィードバ
ックすべき測定可能な状態変数の値がオブザーバの推定
計算に適していない場合でも、オブザーバ推定値の誤差
を小さくし、オブザーバ適用時の制御対象における振動
等を抑制するロボットの制御装置を提供することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係るロボットの制御装置は、フ
ィードバック制御される関節駆動サーボモータにより各
アームが独立に駆動されるロボットの制御装置におい
て、前記関節駆動サーボモータを制御する制御部と、前
記関節駆動サーボモータの状態量を検出する検出部と、
前記検出部の出力に基づいて前記制御部にフィードバッ
クすべき測定可能な状態変数を計算する状態変数演算部
と、前記制御部にフィードバックすべき測定不可能な状
態変数を推定するオブザーバ計算部と、前記オブザーバ
計算部における推定で使用する測定可能な状態変数を計
算するオブザーバ用状態変数演算部と、前記オブザーバ
用状態変数演算部への入力を選択する入力選択部とを備
えたものである。また、請求項２に係るロボットの制御
装置は、請求項１に記載のロボットの制御装置におい
て、前記入力選択部は、前記検出部の出力を入力として
選択するものである。また、請求項３に係るロボットの
制御装置は、請求項１に記載のロボットの制御装置にお
いて、前記入力選択部は、前記状態変数演算部により計
算された前記制御部にフィードバックすべき測定可能な
状態変数を入力として選択するものである。さらに、請
求項４に係るロボットの制御装置は、請求項１に記載の
ロボットの制御装置において、前記入力選択部は、前記
検出部の出力、並びに、前記状態変数演算部により計算
された前記制御部にフィードバックすべき測定可能な状
態変数を入力として選択するものである。本発明の請求
項１に係るロボットの制御装置では、制御部にフィード
バックするための測定可能な状態変数を計算する状態変
数演算部とは別に、オブザーバの推定計算に適した演算
方法により測定可能な状態変数を計算するオブザーバ用
状態変数演算部を備えて構成し、サーボモータの状態量
に基づいて、関節駆動サーボモータを制御する制御部に
フィードバックすべき、測定可能な状態変数を状態変数
演算部により計算し、オブザーバ計算部における測定不
可能な状態変数の推定で使用する測定可能な状態変数を
オブザーバ用状態変数演算部により計算する。これによ
り、制御部にフィードバックする測定可能な状態変数の
値が、オブザーバの推定計算に適していない場合でも、
オブザーバの推定値の誤差が大きくならず、その結果、
オブザーバ適用時の振動の悪化等が起こらなくなり、ロ
ボットアームの制振効果を向上させることができ、所望
の動作制御を行うことが可能となる。また、請求項２に
係るロボットの制御装置では、入力選択部により、オブ
ザーバ用状態変数演算部への入力として、検出部で検出
したロボットアームの状態量を選択するのが望ましい。
また、請求項３に係るロボットの制御装置では、入力選
択部により、オブザーバ用状態変数演算部への入力とし
て、状態変数演算部により計算された制御部にフィード
バックすべき測定可能な状態変数を選択するのが望まし
い。さらに、請求項４に係るロボットの制御装置では、
入力選択部により、オブザーバ用状態変数演算部への入
力として、検出部で検出したロボットアームの状態量、
並びに、状態変数演算部により計算された制御部にフィ
ードバックすべき測定可能な状態変数を選択するのが望
ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のロボットの制御装
置の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発
明の請求項２に対応する第１の実施形態に係るロボット
の制御装置の構成図である。本実施形態のロボットの制
御装置は、フィードバック制御される関節駆動サーボモ
ータにより各アームを独立に駆動制御するものである。
図１において、本実施形態のロボットの制御装置は、関
節駆動サーボモータを制御する制御部１０１と、関節駆
動サーボモータの状態量を検出する検出部１０２と、検
出部１０２の出力に基づいて制御部１０１にフィードバ
ックすべき測定可能な状態変数を計算する状態変数演算
部１０３と、オブザーバ計算部１０５における推定で使
用する測定可能な状態変数を計算するオブザーバ用状態
変数演算部１０４と、制御部１０１にフィードバックす
べき測定不可能な状態変数を推定するオブザーバ計算部
１０５と、オブザーバ用状態変数演算部１０４への入力
を選択する入力選択部１０８とを備えて構成されてい
る。尚、入力選択部１０８はスイッチ１０６および１０
７からなり、該入力選択部１０８により、オブザーバ用
状態変数演算部１０４への入力として、検出部１０２で
検出したロボットアームの状態量を選択する構成であ
る。また、図２は、本実施形態のロボットの制御装置の
より具体的な構成図である。図２において、本実施形態
のロボットの制御装置は、制御部、モータ２０９、制御
対象であるロボットアーム２１０、パルスジェネレータ
２０２、速度演算部２０３、オブザーバ計算部２０５お
よびオブザーバ用速度演算部２０４を備えて構成されて
いる。制御部１０１は、速度ループゲイン２０１ａ、加
算器２０１ｂ，２０１ｅ，２０１ｆ、ゲインｋ１の増幅
器２０１ｃおよびゲインｋ２の増幅器２０１ｄとを備え
た構成で実現されている。尚、ｋ１，ｋ２は、それぞれ
オブザーバ計算部２０５によって計算されたロボットア
ーム先端の速度（２２１）のフィードバックゲインと、
モータ２０９とロボットアーム２１０間のねじれ角（２
２０）のフィードバックゲインである。また、検出部１
０２は、モータ１０９の位置を検出するパルスジェネレ
ータ（ＰＧ）２０２である。状態変数演算部１０３は速
度演算部２０３として実現され、パルスジェネレータ２
０２の出力値（モータ２０９の位置）に基づいて制御部
１０１にフィードバックすべきモータ２０９の速度（２
１７）を計算する。また、オブザーバ用状態変数演算部
１０４はオブザーバ用速度演算部２０４として実現さ
れ、オブザーバ計算部２０５で使用する速度（２１８）
を、オブザーバ計算に適した後述の方法で計算する。ま
た、オブザーバ計算部１０５はオブザーバ計算部２０５
として実現され、速度（２１８）とトルク指令値（２１
６）から制御対象であるロボットアーム２１０の先端の
速度（２２１）、並びに、モータ２０９およびロボット
アーム２１０間のねじれ角（２２０）を推定する。以上
のような構成により、図２に示される本実施形態のロボ
ットの制御装置は、速度指令（２１５）とモータ２０９
の速度フィードバック（２１７）の偏差を加算器２０１
ｂでとって、該偏差に速度ループゲイン２０１ａを乗
じ、他方で、オブザーバ計算部２０５により推定された
ロボットアーム２１０の先端の速度（２２１）と、モー
タ２０９およびロボットアーム２１０間のねじれ角（２
２０）とに、それぞれゲインｋ１，ｋ２を乗じ、加算器
２０１ｅによってこれらを加算してトルク補償値（２１
９）を得る。加算器２０１ｆでは、速度ループゲイン２
０１ａを乗じた値とトルク補償値（２１９）との偏差を
とり、該偏差をモータ２０９のトルク指令（２１６）と
してモータ２０９を駆動する。また、モータ２０９の位
置をパルスジェネレータ２０２で検出し、速度演算部２
０３では、速度フィードバック（２１７）を計算すると
共に、オブザーバ用速度演算部２０４では、オブザーバ
計算部２０５における推定計算で使用する速度（２１
８）を計算し、オブザーバ計算部２０５では、速度（２
１８）とモータ２０９のトルク指令（２１６）とからロ
ボットアーム２１０の先端の速度（２２１）と、モータ
２０９およびロボットアーム２１０間のねじれ角（２２
０）とを推定し、これら先端の速度（２２１）およびね
じれ角（２２０）に、それぞれゲインｋ１，ｋ２を乗じ
た後、フィードバックする。速度演算部２０３では、次
の（１）式により、モータ２０９の速度フィードバック
（２１７）を算出する。すなわち、（１）式は、１サン
プリング時間毎にフィードバック速度を計算する式を表
す。Ｖｆｂ＝｛Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ−１）｝／Ｔｓ …（１）但し、Ｔｓ：サンプリング時間Ｖｆｂ：速度演算部２０３により計算された速度Ｐ（ｋ）：今回のパルスジェネレータの検出パルス値Ｐ（ｋ−１）：前回のパルスジェネレータの検出パルス値また、オブザーバ用速度演算部２０４では、次の（２）
式により、推定計算で使用する速度（２１８）を算出す
る。すなわち、（２）式はＮサンプリングに１回、オブ
ザーバの推定計算用に速度を計算する式を表す。Ｖｏｂｓ＝｛Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ−Ｎ）｝／（Ｎ・Ｔｓ） …（２）但し、Ｖｏｂｓ：計算されたオブザーバ推定計算用速度Ｐ（ｋ）：今回のパルスジェネレータの検出パルス値Ｐ（ｋ−Ｎ）：Ｎ回前のパルスジェネレータの検出パルス値尚、オブザーバ推定計算用の速度（２１８）について
は、オブザーバの計算をＮサンプリング毎に１回行って
いる場合には、速度の計算もＮサンプリング時間に１回
だけ行い、計算しない時は、前の速度計算値をホールド
するようにしている。以上のように、本実施形態のロボ
ットの制御装置では、制御部１０１にフィードバックす
るための測定可能な状態変数を計算する状態変数演算部
１０３とは別に、オブザーバの推定計算に適した演算方
法により測定可能な状態変数を計算するオブザーバ用状
態変数演算部１０４を備えて構成し、検出部１０２で検
出したロボットアーム２１０の状態量に基づいて、関節
駆動サーボモータ２０９を制御する制御部１０１にフィ
ードバックすべき、測定可能な状態変数（速度）を状態
変数演算部１０３により計算し、オブザーバ計算部１０
５における測定不可能な状態変数の推定で使用する測定
可能な状態変数（速度）をオブザーバ用状態変数演算部
１０４により計算する。従って、制御部１０１にフィー
ドバックする測定可能な状態変数の値が、オブザーバの
推定計算に適していない場合でも、オブザーバの推定値
の誤差が大きくならず、その結果、オブザーバ適用時の
振動の悪化等が起こらなくなり、ロボットアーム２１０
の制振効果を向上させることができる。次に、図３は本
発明の請求項３に対応する第２の実施形態に係るロボッ
トの制御装置の構成図である。同図において、図１（第
１の実施形態）と重複する部分には同一の符号を附して
説明を省略する。図３において、本実施形態のロボット
の制御装置は、制御部１０１、検出部１０２、状態変数
演算部１０３、オブザーバ用状態変数演算部１０４、オ
ブザーバ計算部１０５、並びに、オブザーバ用状態変数
演算部１０４への入力を選択する入力選択部３０８を備
えて構成されている。尚、入力選択部３０８はスイッチ
１０６および１０７からなり、該入力選択部３０８によ
り、オブザーバ用状態変数演算部１０４への入力とし
て、状態変数演算部１０３により計算された制御部１０
１にフィードバックすべき測定可能な状態変数を選択す
る構成である。また、図４は、本実施形態のロボットの
制御装置のより具体的な構成図である。同図において、
図２（第１の実施形態）と重複する部分には同一の符号
を附して説明を省略する。図４において、本実施形態の
ロボットの制御装置は、制御部１０１を実現する速度ル
ープゲイン２０１ａ、加算器２０１ｂ，２０１ｅ，２０
１ｆ、ゲインｋ１の増幅器２０１ｃおよびゲインｋ２の
増幅器２０１ｄと、モータ１０９と、制御対象であるロ
ボットアーム２１０と、パルスジェネレータ２０２と、
速度演算部２０３、オブザーバ計算部２０５およびオブ
ザーバ用速度演算部４０４とを備えて構成されている。
状態変数演算部１０３は速度演算部２０３として実現さ
れ、パルスジェネレータ２０２の出力値（モータ２０９
の位置）に基づいて制御部１０１にフィードバックすべ
きモータ２０９の速度（２１７）を計算する。また、オ
ブザーバ用状態変数演算部１０４はオブザーバ用速度演
算部４０４として実現され、オブザーバ計算部２０５で
使用する速度（２１８）を、速度演算部２０３で計算さ
れた速度４１４（Ｖｆｂ：第１の実施形態の（１）式参
照）に基づき、オブザーバ計算に適した方法で計算す
る。また、オブザーバ計算部１０５はオブザーバ計算部
２０５として実現され、速度（２１８）とトルク指令値
（２１６）から制御対象であるロボットアーム２１０の
先端の速度（２２１）、並びに、モータ２０９およびロ
ボットアーム２１０間のねじれ角（２２０）を推定す
る。次に、図５は本発明の請求項４に対応する第３の実
施形態に係るロボットの制御装置の構成図である。同図
において、図１（第１の実施形態）と重複する部分には
同一の符号を附して説明を省略する。図５において、本
実施形態のロボットの制御装置は、制御部１０１、検出
部１０２、状態変数演算部１０３、オブザーバ用状態変
数演算部１０４、オブザーバ計算部１０５、並びに、オ
ブザーバ用状態変数演算部１０４への入力を選択する入
力選択部５０８を備えて構成されている。尚、入力選択
部５０８はスイッチ１０６および１０７からなり、該入
力選択部３０８により、オブザーバ用状態変数演算部１
０４への入力として、検出部１０２で検出したロボット
アームの状態量、並びに、状態変数演算部１０３により
計算された制御部１０１にフィードバックすべき測定可
能な状態変数を選択する構成である。また、本実施形態
においても、第１の実施形態（図２参照）および第２の
実施形態（図４参照）と同様の具体的な構成で実現され
る。本実施形態の場合、オブザーバ用状態変数演算部１
０４は、オブザーバ計算部２０５で使用する速度（２１
８）を、パルスジェネレータ２０２の出力値（モータ２
０９の位置）、並びに、速度演算部２０３で計算された
速度４１４（Ｖｆｂ：第１の実施形態の（１）式参照）
に基づいて、オブザーバ計算に適した方法で計算するオ
ブザーバ用速度演算部によって実現されよう。

【０００６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロボット
の制御装置によれば、制御部にフィードバックするため
の測定可能な状態変数を計算する状態変数演算部とは別
に、オブザーバの推定計算に適した演算方法により測定
可能な状態変数を計算するオブザーバ用状態変数演算部
を備えて構成し、検出部で検出したロボットアームの状
態量に基づいて、関節駆動サーボモータを制御する制御
部にフィードバックすべき、測定可能な状態変数を状態
変数演算部により計算し、オブザーバ計算部における測
定不可能な状態変数の推定で使用する測定可能な状態変
数をオブザーバ用状態変数演算部により計算することと
したので、制御部にフィードバックする測定可能な状態
変数の値が、オブザーバの推定計算に適していない場合
でも、オブザーバの推定値の誤差が大きくならず、その
結果、オブザーバ適用時の制御対象における振動の悪化
等が起こらなくなり、ロボットアームの制振効果を向上
させることができ、所望の動作制御を行い得るロボット
の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るロボットの制御
装置の構成図である。

【図２】第１の実施形態のロボットの制御装置のより具
体的な構成図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係るロボットの制御
装置の構成図である。

【図４】第２の実施形態のロボットの制御装置のより具
体的な構成図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係るロボットの制御
装置の構成図である。

【図６】従来のロボットの制御装置の構成図である。

【符号の説明】

１０１制御部１０２検出部１０３状態変数演算部１０４オブザーバ用状態変数演算部１０５，２０５オブザーバ計算部１０８，３０８，５０８入力選択部２０２パルスジェネレータ（ＰＧ）２０３速度演算部２０４オブザーバ用速度演算部２０９モータ（Ｍ）２１０ロボットアーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィードバック制御される関節駆動サー
ボモータにより各アームが独立に駆動されるロボットの
制御装置において、前記関節駆動サーボモータを制御する制御部と、前記関節駆動サーボモータの状態量を検出する検出部
と、前記検出部の出力に基づいて前記制御部にフィードバッ
クすべき測定可能な状態変数を計算する状態変数演算部
と、前記制御部にフィードバックすべき測定不可能な状態変
数を推定するオブザーバ計算部と、前記オブザーバ計算部における推定で使用する測定可能
な状態変数を計算するオブザーバ用状態変数演算部と、前記オブザーバ用状態変数演算部への入力を選択する入
力選択部と、を有することを特徴とするロボットの制御
装置。
【請求項２】前記入力選択部は、前記検出部の出力を
入力として選択することを特徴とする請求項１に記載の
ロボットの制御装置。
【請求項３】前記入力選択部は、前記状態変数演算部
により計算された前記制御部にフィードバックすべき測
定可能な状態変数を入力として選択することを特徴とす
る請求項１に記載のロボットの制御装置。
【請求項４】前記入力選択部は、前記検出部の出力、
並びに、前記状態変数演算部により計算された前記制御
部にフィードバックすべき測定可能な状態変数を入力と
して選択することを特徴とする請求項１に記載のロボッ
トの制御装置。