JPH11156776A - スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボット - Google Patents
スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットInfo
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- JPH11156776A JPH11156776A JP33769097A JP33769097A JPH11156776A JP H11156776 A JPH11156776 A JP H11156776A JP 33769097 A JP33769097 A JP 33769097A JP 33769097 A JP33769097 A JP 33769097A JP H11156776 A JPH11156776 A JP H11156776A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多関節研磨ロボットにスライディングモード
非干渉制御を適用可能としたことで複雑曲面の高精度研
磨を可能とし、かつチャタリングの発生を低減したスラ
イディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボッ
トを提供する。 【解決手段】 スライディングモード非干渉制御部２１
では、接線方向位置の目標値Ｐr 及び摩擦力の目標値Ｆ
r を入力する。そして、これらの目標値は、検出された
接線方向位置Ｐ及び摩擦力Ｆと比較され、その誤差が求
められる。そして、スライディングモード非干渉制御に
基づく演算がなされ、制御入力信号ｕが出力される。制
御入力信号ｕに対しては、非線形力ｈx0の逆ダイナミク
スが加算される。この加算信号はヤコビアンにより関節
トルクに変換されて、垂直２関節マニピュレータ７ヘ入
力される。
非干渉制御を適用可能としたことで複雑曲面の高精度研
磨を可能とし、かつチャタリングの発生を低減したスラ
イディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボッ
トを提供する。 【解決手段】 スライディングモード非干渉制御部２１
では、接線方向位置の目標値Ｐr 及び摩擦力の目標値Ｆ
r を入力する。そして、これらの目標値は、検出された
接線方向位置Ｐ及び摩擦力Ｆと比較され、その誤差が求
められる。そして、スライディングモード非干渉制御に
基づく演算がなされ、制御入力信号ｕが出力される。制
御入力信号ｕに対しては、非線形力ｈx0の逆ダイナミク
スが加算される。この加算信号はヤコビアンにより関節
トルクに変換されて、垂直２関節マニピュレータ７ヘ入
力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスライディングモー
ド非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに係わり、特
に多関節研磨ロボットにスライディングモード非干渉制
御を適用可能としたことで複雑曲面の高精度研磨を可能
とし、かつチャタリングの発生を低減したスライディン
グモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに関す
る。
ド非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに係わり、特
に多関節研磨ロボットにスライディングモード非干渉制
御を適用可能としたことで複雑曲面の高精度研磨を可能
とし、かつチャタリングの発生を低減したスライディン
グモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボット１に加工対象となるワー
ク３を把持させて回転型研磨装置５に押し当てる方式の
研磨システムが知られている（図示略）。かかる研磨シ
ステムに対しては、ワーク３の位置と研磨面に作用する
接線方向力すなわち摩擦力をスライディングモード非干
渉制御を用いて制御することが可能である（平成９年特
許願第１２４９３３号）。ここで、スライディングモー
ド非干渉制御について説明する。まず、制御対象を数１
のように記述する。
ク３を把持させて回転型研磨装置５に押し当てる方式の
研磨システムが知られている（図示略）。かかる研磨シ
ステムに対しては、ワーク３の位置と研磨面に作用する
接線方向力すなわち摩擦力をスライディングモード非干
渉制御を用いて制御することが可能である（平成９年特
許願第１２４９３３号）。ここで、スライディングモー
ド非干渉制御について説明する。まず、制御対象を数１
のように記述する。
【０００３】
【数１】 但し、Ａ（ｎ×ｎ），Ｂ（ｎ×ｍ），Ｃ（ｍ×ｎ），ｄ
（ｘ，ｔ）は大きさが既知な非線形外乱で数２が成り立
ち、ｄｅｔ（ＣＢ）≠０が成り立たずに数３が成り立
つ。
（ｘ，ｔ）は大きさが既知な非線形外乱で数２が成り立
ち、ｄｅｔ（ＣＢ）≠０が成り立たずに数３が成り立
つ。
【０００４】
【数２】
【数３】 但し、ｃi はＣ行列のｉ行目を意味する。よく知られる
ように数４が正則ならば制御系の非干渉化が可能であ
る。
ように数４が正則ならば制御系の非干渉化が可能であ
る。
【０００５】
【数４】 次にＣ行列と微分可能な目標値ｒ（ｔ）を用い係数行列
数５を定義し、超平面σ（ｔ）を設計する。
数５を定義し、超平面σ（ｔ）を設計する。
【０００６】
【数５】 このとき数６が成り立つ。
【０００７】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】 このとき、制御入力として次の数１０、数１１を用い、
各行に対するリアプノフ関数の候補をＶi （ｔ）＝σi
2 （ｔ）／２≧０として数１２を求める。Ｋi （ｘ，
ｔ）を数１４のように選べば、Ｖi （ｔ）はリアプノフ
関数となり、σi (k) →０，ｋ≧０を得る。
各行に対するリアプノフ関数の候補をＶi （ｔ）＝σi
2 （ｔ）／２≧０として数１２を求める。Ｋi （ｘ，
ｔ）を数１４のように選べば、Ｖi （ｔ）はリアプノフ
関数となり、σi (k) →０，ｋ≧０を得る。
【０００８】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】 また，Ｖi （ｔ）＝σi 2 （ｔ）／２≧０時の等価線形
系が安定となる必要十分条件は数１５の不変零点が安定
であることであり、数１６〜数１８においてｈi（ｓ）
＝０（ｉ＝１，・・・，ｍ）が全て安定多項式で、
（Ｃ，Ａ，Ｂ）の不変零点が安定なことと等価である。
系が安定となる必要十分条件は数１５の不変零点が安定
であることであり、数１６〜数１８においてｈi（ｓ）
＝０（ｉ＝１，・・・，ｍ）が全て安定多項式で、
（Ｃ，Ａ，Ｂ）の不変零点が安定なことと等価である。
【０００９】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【数１８】 但し、数１９の場合は零点がないため、ｈi （ｓ）＝０
（ｉ＝１，・・・，ｍ）を安定多項式に選べば良い。
（ｉ＝１，・・・，ｍ）を安定多項式に選べば良い。
【００１０】
【数１９】 次に、Ｃ行列の不確かさに対する対応について説明す
る。Ｃ行列が数２０で表される不確かさを持つが、出力
ｙは直接に観測できる場合を考える。
る。Ｃ行列が数２０で表される不確かさを持つが、出力
ｙは直接に観測できる場合を考える。
【００１１】
【数２０】 超平面数９のσ値は正確に求まるが、制御入力数１０の
数２１はＣ0iに対応する数２２または数２３を用いざる
を得ない。すると、Ｖがリアプノフ関数となるため数１
４のＫi （ｘ，ｔ）は数２４に修正する必要がある。
数２１はＣ0iに対応する数２２または数２３を用いざる
を得ない。すると、Ｖがリアプノフ関数となるため数１
４のＫi （ｘ，ｔ）は数２４に修正する必要がある。
【００１２】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
【数２４】 このように、Ｃ行列の要素となる研磨面の弾性係数と摩
擦係数の不確かさに対して、非線形入力ゲインを不確か
さが無い場合の所定値より大きくすることで、制御量を
安定して超平面に収束させることを可能にしている。
擦係数の不確かさに対して、非線形入力ゲインを不確か
さが無い場合の所定値より大きくすることで、制御量を
安定して超平面に収束させることを可能にしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御系では、ロボット１の作業座標系におけるワーク３
の位置と摩擦力の制御法の発明に留まり、多関節研磨ロ
ボットを用いて実現するための制御法、即ち関節座標系
において制御入力を関節トルクとする場合の制御法につ
いては発明されておらず、実用の対象は直交型ロボット
等の一部のマニピュレータにおのずと限定されていた。
そして直交型マニピュレータでは自由度数の制約から複
雑曲面の研磨ができないという欠点を有していた。ま
た、従来の制御系では、スライディングモード非干渉制
御を用いて関節角の関数となる項を外乱とみなし、非線
形入力ゲインを大きくすることでロバスト化するため
に、スライディングモード非干渉制御特有のチャタリン
グが発生し易いという欠点を有していた。
制御系では、ロボット１の作業座標系におけるワーク３
の位置と摩擦力の制御法の発明に留まり、多関節研磨ロ
ボットを用いて実現するための制御法、即ち関節座標系
において制御入力を関節トルクとする場合の制御法につ
いては発明されておらず、実用の対象は直交型ロボット
等の一部のマニピュレータにおのずと限定されていた。
そして直交型マニピュレータでは自由度数の制約から複
雑曲面の研磨ができないという欠点を有していた。ま
た、従来の制御系では、スライディングモード非干渉制
御を用いて関節角の関数となる項を外乱とみなし、非線
形入力ゲインを大きくすることでロバスト化するため
に、スライディングモード非干渉制御特有のチャタリン
グが発生し易いという欠点を有していた。
【００１４】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、多関節研磨ロボットにスライディングモ
ード非干渉制御を適用可能としたことで複雑曲面の高精
度研磨を可能とし、かつチャタリングの発生を低減した
スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロ
ボットを提供することを目的とする。
されたもので、多関節研磨ロボットにスライディングモ
ード非干渉制御を適用可能としたことで複雑曲面の高精
度研磨を可能とし、かつチャタリングの発生を低減した
スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロ
ボットを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、位置
及び／又は摩擦力を制御する多関節研磨ロボットであっ
て、多関節研磨ロボットの関節座標系における運動方程
式をヤコビアンを用いて関節座標系から作業座標系に変
換した多関節研磨ロボットの作業座標系における運動方
程式に基づき予め制御設計した制御対象と、作業座標系
上の力の目標値と力の検出値間の誤差及び／又は作業座
標系上の位置の目標値と位置の検出値間の誤差に基づき
多関節研磨ロボット特有の非線形性を補償し、該多関節
研磨ロボットに対し強力なロバスト性を与えるスライデ
ィングモード非干渉制御手段と、該スライディングモー
ド非干渉制御手段で得た制御入力信号に基づき多関節研
磨ロボットの各関節トルクを算出する関節トルク算出手
段と、該関節トルク算出手段で算出した各関節トルクに
基づき各関節を駆動する関節駆動手段を備えて構成し
た。本発明は、制御対象の位置及び／又は摩擦力を制御
する多関節研磨ロボットに対し適用する。多関節研磨ロ
ボットの関節座標系における運動方程式を、ヤコビアン
を用いて関節座標系から作業座標系に変換する。即ち、
多関節研磨ロボットの作業座標系における運動方程式を
求める。そして、この運動方程式に基づき制御対象を予
め制御設計する。スライディングモード非干渉制御手段
では、作業座標系上の力の目標値と力の検出値間の誤差
及び／又は作業座標系上の位置の目標値と位置の検出値
間の誤差に基づき、多関節研磨ロボット特有の非線形性
を補償する。このスライディングモード非干渉制御手段
は、多関節研磨ロボットに対し強力なロバスト性を与え
る。関節トルク算出手段では、スライディングモード非
干渉制御手段で得た制御入力信号に基づき、多関節研磨
ロボットの各関節トルクを算出する。そして、関節駆動
手段では、この算出した各関節トルクに基づき各関節を
駆動する。この結果、多関節研磨ロボットにスライディ
ングモード非干渉制御手段を適用することが可能にな
り、直交型マニピュレータでは自由度数の制約のために
なし得なかった複雑曲面の高精度研磨が可能になった。
及び／又は摩擦力を制御する多関節研磨ロボットであっ
て、多関節研磨ロボットの関節座標系における運動方程
式をヤコビアンを用いて関節座標系から作業座標系に変
換した多関節研磨ロボットの作業座標系における運動方
程式に基づき予め制御設計した制御対象と、作業座標系
上の力の目標値と力の検出値間の誤差及び／又は作業座
標系上の位置の目標値と位置の検出値間の誤差に基づき
多関節研磨ロボット特有の非線形性を補償し、該多関節
研磨ロボットに対し強力なロバスト性を与えるスライデ
ィングモード非干渉制御手段と、該スライディングモー
ド非干渉制御手段で得た制御入力信号に基づき多関節研
磨ロボットの各関節トルクを算出する関節トルク算出手
段と、該関節トルク算出手段で算出した各関節トルクに
基づき各関節を駆動する関節駆動手段を備えて構成し
た。本発明は、制御対象の位置及び／又は摩擦力を制御
する多関節研磨ロボットに対し適用する。多関節研磨ロ
ボットの関節座標系における運動方程式を、ヤコビアン
を用いて関節座標系から作業座標系に変換する。即ち、
多関節研磨ロボットの作業座標系における運動方程式を
求める。そして、この運動方程式に基づき制御対象を予
め制御設計する。スライディングモード非干渉制御手段
では、作業座標系上の力の目標値と力の検出値間の誤差
及び／又は作業座標系上の位置の目標値と位置の検出値
間の誤差に基づき、多関節研磨ロボット特有の非線形性
を補償する。このスライディングモード非干渉制御手段
は、多関節研磨ロボットに対し強力なロバスト性を与え
る。関節トルク算出手段では、スライディングモード非
干渉制御手段で得た制御入力信号に基づき、多関節研磨
ロボットの各関節トルクを算出する。そして、関節駆動
手段では、この算出した各関節トルクに基づき各関節を
駆動する。この結果、多関節研磨ロボットにスライディ
ングモード非干渉制御手段を適用することが可能にな
り、直交型マニピュレータでは自由度数の制約のために
なし得なかった複雑曲面の高精度研磨が可能になった。
【００１６】また、本発明は、前記関節トルク算出手段
は、前記スライディングモード非干渉制御手段で得た制
御入力信号に対し既知のパラメータ変動の逆ダイナミク
スを加えた加算信号に基づき前記多関節研磨ロボットの
各関節トルクを算出することを特徴とする。多関節研磨
ロボット特有の運動方程式における、関節角の関数項の
ような既知のパラメータ変動に対しては、その逆ダイナ
ミクスを考慮する。ここで、既知のパラメータ変動は、
より具体的には、例えば粘性摩擦、遠心力、コリオリ力
及び重力のいずれか少なくとも一つにより生ずるトルク
である。そして、スライディングモード非干渉制御の非
線形入力は、例えばこれらの未知の変動と同程誤差等を
補償するだけにした。このことにより、スライディング
モード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットのチャタ
リングの発生を低減することが可能になった。
は、前記スライディングモード非干渉制御手段で得た制
御入力信号に対し既知のパラメータ変動の逆ダイナミク
スを加えた加算信号に基づき前記多関節研磨ロボットの
各関節トルクを算出することを特徴とする。多関節研磨
ロボット特有の運動方程式における、関節角の関数項の
ような既知のパラメータ変動に対しては、その逆ダイナ
ミクスを考慮する。ここで、既知のパラメータ変動は、
より具体的には、例えば粘性摩擦、遠心力、コリオリ力
及び重力のいずれか少なくとも一つにより生ずるトルク
である。そして、スライディングモード非干渉制御の非
線形入力は、例えばこれらの未知の変動と同程誤差等を
補償するだけにした。このことにより、スライディング
モード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボットのチャタ
リングの発生を低減することが可能になった。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の実施形態を図１に示す。図
１において、多関節研磨ロボット１０は、垂直２関節マ
ニピュレータ７が同一方向に動作する砥石９（砥石９の
代わりに研磨ベルトあるいはバフを用いてもよい）にワ
ーク３を押し付け、研磨面に設けた作業座標系において
ワーク３の位置と摩擦力を制御することで研磨作業を行
うようになっている。
基づいて説明する。本発明の実施形態を図１に示す。図
１において、多関節研磨ロボット１０は、垂直２関節マ
ニピュレータ７が同一方向に動作する砥石９（砥石９の
代わりに研磨ベルトあるいはバフを用いてもよい）にワ
ーク３を押し付け、研磨面に設けた作業座標系において
ワーク３の位置と摩擦力を制御することで研磨作業を行
うようになっている。
【００１８】次に、図１に基づき動作を説明する。垂直
２関節マニピュレータ７が、ワーク３をＹop方向に動作
する砥石９（斜線部）に押し当て研磨する。多関節研磨
ロボット１０は、作業座標系Σopにおけるワーク３の位
置Ｐと摩擦力Ｆy が目標値と一致するように制御する。
摩擦力Ｆy は垂直２関節マニピュレータ７の第１軸１１
と第２軸１３のトルクを制御し押し当て力を調節するこ
とで制御する。なお、多関節研磨ロボット１０は２関節
で説明したが、本発明の適用は２関節に限定するもので
はない。
２関節マニピュレータ７が、ワーク３をＹop方向に動作
する砥石９（斜線部）に押し当て研磨する。多関節研磨
ロボット１０は、作業座標系Σopにおけるワーク３の位
置Ｐと摩擦力Ｆy が目標値と一致するように制御する。
摩擦力Ｆy は垂直２関節マニピュレータ７の第１軸１１
と第２軸１３のトルクを制御し押し当て力を調節するこ
とで制御する。なお、多関節研磨ロボット１０は２関節
で説明したが、本発明の適用は２関節に限定するもので
はない。
【００１９】次に、ヤコビアンを用いて運動方程式を関
節座標系から作業座標系に変換する方法について説明す
る。多関節研磨ロボット１０の第１リンク１５の質量ｍ
1 ，第２リンク１７の質量ｍ2 ，第１軸１１から第２軸
１３までの長さｌ1 ，第２軸１３から研磨面までの長さ
ｌ2 ，第１軸１１から第１リンク１５の重心までの長さ
ｒ1 、第２軸１３から第２リンク１７の重心までの長さ
ｒ2 とする。また、多関節研磨ロボット１０のベース座
標系をΣB ，作業座標系をΣOPとし、ΣOPにおけるΣB
の原点の座標値を（ＸA ，ＹA ），ΣOPのＺ軸回りのΣ
B の回転角をθA とする。またワーク３の摩擦力をＦy
とする。ｎ軸マニピュレータの関節座標系における運動
方程式は、数２５で与えられる。
節座標系から作業座標系に変換する方法について説明す
る。多関節研磨ロボット１０の第１リンク１５の質量ｍ
1 ，第２リンク１７の質量ｍ2 ，第１軸１１から第２軸
１３までの長さｌ1 ，第２軸１３から研磨面までの長さ
ｌ2 ，第１軸１１から第１リンク１５の重心までの長さ
ｒ1 、第２軸１３から第２リンク１７の重心までの長さ
ｒ2 とする。また、多関節研磨ロボット１０のベース座
標系をΣB ，作業座標系をΣOPとし、ΣOPにおけるΣB
の原点の座標値を（ＸA ，ＹA ），ΣOPのＺ軸回りのΣ
B の回転角をθA とする。またワーク３の摩擦力をＦy
とする。ｎ軸マニピュレータの関節座標系における運動
方程式は、数２５で与えられる。
【００２０】
【数２５】 但し、Ｍ（ｑ）（ｎ×ｎ）は慣性行列、ｑ（ｎ×１）は
関節角度、数２６は粘性摩擦，遠心力、コリオリ力、重
力によって生じるトルク、Ｊr （ｑ）（ｎ×ｎ）は作業
座標系と関節座標系を結び付けるヤコビアン、Ｆ（ｎ×
１）は研磨面から受ける力、τ（ｎ×１）は関節の入力
トルクを表す。
関節角度、数２６は粘性摩擦，遠心力、コリオリ力、重
力によって生じるトルク、Ｊr （ｑ）（ｎ×ｎ）は作業
座標系と関節座標系を結び付けるヤコビアン、Ｆ（ｎ×
１）は研磨面から受ける力、τ（ｎ×１）は関節の入力
トルクを表す。
【００２１】
【数２６】 一方、作業座標系におけるワーク３の位置をｐ（ｎ×
１）とすると、ｐは関節角ｑの関数であり数２７で表さ
れる。
１）とすると、ｐは関節角ｑの関数であり数２７で表さ
れる。
【００２２】
【数２７】 また、数２７の両辺を微分することにより数２８には数
２９が成り立つ。
２９が成り立つ。
【００２３】
【数２８】
【数２９】 但し数３０とする。
【００２４】
【数３０】 数２９の両辺を微分すると、数３１を得る。
【００２５】
【数３１】 数３１を数２５に代入し左から（Ｊr （ｑ）T ）-1を掛
けることにより作業座標系における運動方程式数３２を
得る。
けることにより作業座標系における運動方程式数３２を
得る。
【００２６】
【数３２】 但し数３３、数３４である。
【００２７】
【数３３】
【数３４】 次に、以下のように外力を定義し、制御系の設計を行
う。まず、次のような仮定を行う。力Ｆ（ｎ×１）のう
ち、研磨面での法線方向力は弾性によって生じ、接線方
向の摩擦力は法線方向力に摩擦係数を乗じたものとす
る。係数行列Ｋ（ｎ×ｎ）を定義すると、ノミナル値と
変動を考慮し力Ｆ（ｎ×１）は数３５のように表され
る。
う。まず、次のような仮定を行う。力Ｆ（ｎ×１）のう
ち、研磨面での法線方向力は弾性によって生じ、接線方
向の摩擦力は法線方向力に摩擦係数を乗じたものとす
る。係数行列Ｋ（ｎ×ｎ）を定義すると、ノミナル値と
変動を考慮し力Ｆ（ｎ×１）は数３５のように表され
る。
【００２８】
【数３５】 このとき、Ｋ（ｎ×ｎ）の要素は任意とはならず、物理
的性質に対応した構造を有し、後述するように制御の可
否に関係する。また、慣性モーメントＭx 、非線形力ｈ
x に関してもノミナル値と変動を考慮して数３６、数３
７のように定義できる。
的性質に対応した構造を有し、後述するように制御の可
否に関係する。また、慣性モーメントＭx 、非線形力ｈ
x に関してもノミナル値と変動を考慮して数３６、数３
７のように定義できる。
【００２９】
【数３６】
【数３７】 すると運動方程式は数３８のように書き表わせる。
【００３０】
【数３８】 但し数３９である。
【００３１】
【数３９】 ここで状態量を数４０のように定義する。
【００３２】
【数４０】 また、線形化入力として数４１を定義する。
【００３３】
【数４１】 すると、数４２の状態方程式が得られる。
【００３４】
【数４２】 次に、観測値ｙ（ｌ×ｎ）は接線方向位置と接線方向摩
擦力からなるが、出力の各成分は互いに従属関係にない
ものと仮定する。この仮定は先述した仮定により導き出
される。
擦力からなるが、出力の各成分は互いに従属関係にない
ものと仮定する。この仮定は先述した仮定により導き出
される。
【００３５】
【数４３】 ここでｙ1 は力観測成分ベクトル、ｙ2 は位置観測成分
ベクトルであり、Ｓ1 とＳ2 はｙの各要素が互いに非従
属関係となるように用途に合わせて選択する選択行列で
ある。なお、切り替えゲインは、数４４のように表され
る。
ベクトルであり、Ｓ1 とＳ2 はｙの各要素が互いに非従
属関係となるように用途に合わせて選択する選択行列で
ある。なお、切り替えゲインは、数４４のように表され
る。
【００３６】
【数４４】 但し、数４５である。
【００３７】
【数４５】 ここに、ΔＭ，Δｈ，ΔＫはＭ，ｈ，Ｋの未知の変動量
である。マニピュレータ７の関節入力トルクτ（ｔ）は
数４６とする。
である。マニピュレータ７の関節入力トルクτ（ｔ）は
数４６とする。
【００３８】
【数４６】 但し、数４７である。
【００３９】
【数４７】 図２に制御系ブロック線図を示す。スライディングモー
ド非干渉制御部２１では、接線方向位置の目標値Ｐr 及
び摩擦力の目標値Ｆr を入力する。そして、これらの目
標値は、検出された接線方向位置Ｐ及び摩擦力Ｆと比較
され、その誤差が求められる。そして、スライディング
モード非干渉制御に基づく演算がなされ、制御入力信号
ｕが出力される。制御入力信号ｕに対しては、非線形力
ｈx0の逆ダイナミクスが加算される。この加算信号はヤ
コビアンにより関節トルクに変換されて、垂直２関節マ
ニピュレータ７ヘ入力される。
ド非干渉制御部２１では、接線方向位置の目標値Ｐr 及
び摩擦力の目標値Ｆr を入力する。そして、これらの目
標値は、検出された接線方向位置Ｐ及び摩擦力Ｆと比較
され、その誤差が求められる。そして、スライディング
モード非干渉制御に基づく演算がなされ、制御入力信号
ｕが出力される。制御入力信号ｕに対しては、非線形力
ｈx0の逆ダイナミクスが加算される。この加算信号はヤ
コビアンにより関節トルクに変換されて、垂直２関節マ
ニピュレータ７ヘ入力される。
【００４０】また、図３に摩擦係数α。＝０．５，弾性
係数ｋ。＝１０００（Ｎ／ｍ），α。，ｋ。，ＭX0の変
動を１０％としたときのシミュレーション結果を示す。
実線は摩擦カＦy ，点線は目標値Ｆry，破線はワーク３
のＹ方向の位置Ｐy ，目標値Ｐry＝０である。この例か
らＦy ，Ｐy は目標値に追従し、パラメータ変動に対
し、ロバストなハイブリッド制御系が実現されているこ
とがわかる。
係数ｋ。＝１０００（Ｎ／ｍ），α。，ｋ。，ＭX0の変
動を１０％としたときのシミュレーション結果を示す。
実線は摩擦カＦy ，点線は目標値Ｆry，破線はワーク３
のＹ方向の位置Ｐy ，目標値Ｐry＝０である。この例か
らＦy ，Ｐy は目標値に追従し、パラメータ変動に対
し、ロバストなハイブリッド制御系が実現されているこ
とがわかる。
【００４１】以上のように、マニピュレータ７の運動方
程式を、ヤコビアンを用いて関節座標系から作業座標系
に変換することで、多関節研磨ロボットの位置・摩擦力
制御にスライディングモード非干渉制御を適用可能に
し、多自由度研磨ロボットの高精度な位置・摩擦力制御
を可能とすることが出来る。また、マニピュレータ７特
有の運動方程式における関節角の関数項のような既知の
パラメータ変動に対してはその逆ダイナミクスを考慮
し、スライディングモード非干渉制御の非線形入力は未
知のパラメータ変動を補償するだけにした。従って、ス
ライディングモード制御特有のチヤタリングの発生を低
減することが出来る。
程式を、ヤコビアンを用いて関節座標系から作業座標系
に変換することで、多関節研磨ロボットの位置・摩擦力
制御にスライディングモード非干渉制御を適用可能に
し、多自由度研磨ロボットの高精度な位置・摩擦力制御
を可能とすることが出来る。また、マニピュレータ７特
有の運動方程式における関節角の関数項のような既知の
パラメータ変動に対してはその逆ダイナミクスを考慮
し、スライディングモード非干渉制御の非線形入力は未
知のパラメータ変動を補償するだけにした。従って、ス
ライディングモード制御特有のチヤタリングの発生を低
減することが出来る。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ニピュレータの運動方程式を、関節座標系から作業座標
系に変換したことで、多関節研磨ロボットにスライディ
ングモード非干渉制御手段を適用することが可能にな
り、直交型マニピュレータでは自由度数の制約のために
なし得なかった複雑曲面の高精度研磨が可能になった。
ニピュレータの運動方程式を、関節座標系から作業座標
系に変換したことで、多関節研磨ロボットにスライディ
ングモード非干渉制御手段を適用することが可能にな
り、直交型マニピュレータでは自由度数の制約のために
なし得なかった複雑曲面の高精度研磨が可能になった。
【００４３】また、本発明によれば、スライディングモ
ード非干渉制御への非線形入力は、未知のパラメータ変
動のみとしたことにより、スライディングモード非干渉
制御を用いた多関節研磨ロボットのチャタリングの発生
を低減することが可能になった。
ード非干渉制御への非線形入力は、未知のパラメータ変
動のみとしたことにより、スライディングモード非干渉
制御を用いた多関節研磨ロボットのチャタリングの発生
を低減することが可能になった。
【００４４】
【図１】 本発明の実施形態の構成図
【図２】 制御系ブロック線図
【図３】 シミュレーション結果
１ ロボット ３ ワーク ７ 垂直２関節マニピュレータ ９ 砥石 １０ 多関節研磨ロボット １１ 第１軸 １３ 第２軸 １５ 第１リンク １７ 第２リンク ２１ スライディングモード非干渉制御部
Claims (2)
- 【請求項１】 位置及び／又は摩擦力を制御する多関節
研磨ロボットであって、多関節研磨ロボットの関節座標
系における運動方程式をヤコビアンを用いて関節座標系
から作業座標系に変換した多関節研磨ロボットの作業座
標系における運動方程式に基づき予め制御設計した制御
対象と、作業座標系上の力の目標値と力の検出値間の誤
差及び／又は作業座標系上の位置の目標値と位置の検出
値間の誤差に基づき多関節研磨ロボット特有の非線形性
を補償し、該多関節研磨ロボットに対し強力なロバスト
性を与えるスライディングモード非干渉制御手段と、該
スライディングモード非干渉制御手段で得た制御入力信
号に基づき多関節研磨ロボットの各関節トルクを算出す
る関節トルク算出手段と、該関節トルク算出手段で算出
した各関節トルクに基づき各関節を駆動する関節駆動手
段を備えたことを特徴とするスライディングモード非干
渉制御を用いた多関節研磨ロボット。 - 【請求項２】 前記関節トルク算出手段は、前記スライ
ディングモード非干渉制御手段で得た制御入力信号に対
し既知のパラメータ変動の逆ダイナミクスを加えた加算
信号に基づき前記多関節研磨ロボットの各関節トルクを
算出することを特徴とする請求項１記載のスライディン
グモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボット。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33769097A JP3215841B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボット |
| US09/067,842 US6253120B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-27 | Position and/or force controlling apparatus using sliding mode decoupling control |
| DE69809835T DE69809835T2 (de) | 1997-04-28 | 1998-04-28 | Positions- und/oder Stellkraftregelungseinrichtung mit Entkopplung durch ein Regelungsverfahren des gleitend einstellbaren Typs |
| EP98303298A EP0875341B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-28 | Position and/or force controlling apparatus using sliding mode decoupling control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33769097A JP3215841B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11156776A true JPH11156776A (ja) | 1999-06-15 |
| JP3215841B2 JP3215841B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=18311052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33769097A Expired - Fee Related JP3215841B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-11-21 | スライディングモード非干渉制御を用いた多関節研磨ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215841B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011200880A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置 |
| CN113199491A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-03 | 广西大学 | 一种工业机器人恒力打磨方法 |
| CN113589689A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 南昌大学 | 一种基于多参数自适应神经网络的滑模控制器设计方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101417488B1 (ko) | 2012-12-17 | 2014-07-08 | 현대자동차주식회사 | 착용로봇의 의도토크 추출방법 및 추출시스템 |
-
1997
- 1997-11-21 JP JP33769097A patent/JP3215841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011200880A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置 |
| CN113199491A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-03 | 广西大学 | 一种工业机器人恒力打磨方法 |
| CN113589689A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 南昌大学 | 一种基于多参数自适应神经网络的滑模控制器设计方法 |
| CN113589689B (zh) * | 2021-07-09 | 2024-01-02 | 南昌大学 | 一种基于多参数自适应神经网络的滑模控制器设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3215841B2 (ja) | 2001-10-09 |
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