JPS58143985A - 多自由度運動機構の制御方式 - Google Patents
多自由度運動機構の制御方式Info
- Publication number
- JPS58143985A JPS58143985A JP2645882A JP2645882A JPS58143985A JP S58143985 A JPS58143985 A JP S58143985A JP 2645882 A JP2645882 A JP 2645882A JP 2645882 A JP2645882 A JP 2645882A JP S58143985 A JPS58143985 A JP S58143985A
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- Japan
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- servo motor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は産業用ロボットの如き複数の動作軸全結合した
多自由度運動機構において、高速・高精度を達成できる
軌道制御方式に関する。
多自由度運動機構において、高速・高精度を達成できる
軌道制御方式に関する。
多自由度運動機構の制御方式には、予め記憶しである指
令値全所定の時間間隔で順次指令することによって各動
作軸のサーボモータ全駆動し、名動作軸毎に目標位置と
現在位置との位置偏差が減少するように速反と位置のフ
ィードバック制御を行ない、運動機構の先端を目的軌跡
に沿って連続的に制御させるという方式がある。
令値全所定の時間間隔で順次指令することによって各動
作軸のサーボモータ全駆動し、名動作軸毎に目標位置と
現在位置との位置偏差が減少するように速反と位置のフ
ィードバック制御を行ない、運動機構の先端を目的軌跡
に沿って連続的に制御させるという方式がある。
特に高速化を図った方式におけるサーボモータの予め配
憶１〜である指令値としては、所定の軌道に沿うように
予め各動作軸相互間の干渉、遠心力１重力等の影響によ
る変動トルク分を考慮している。
憶１〜である指令値としては、所定の軌道に沿うように
予め各動作軸相互間の干渉、遠心力１重力等の影響によ
る変動トルク分を考慮している。
かかる制御方式では、既知の先端負荷量に対しては所定
の軌道に沿って予め記憶した指令値にて多自由度運動機
構の先端を移動させることができるが、先端負荷量が変
動した場合には各動作軸相互間の干渉の様子、遠心力、
重力による影響に変化が起こるため、予め記憶した指令
値にて多自由度運動機構の先端を移動させると、蛇行や
行き過ぎが生ずるという問題点があった。
の軌道に沿って予め記憶した指令値にて多自由度運動機
構の先端を移動させることができるが、先端負荷量が変
動した場合には各動作軸相互間の干渉の様子、遠心力、
重力による影響に変化が起こるため、予め記憶した指令
値にて多自由度運動機構の先端を移動させると、蛇行や
行き過ぎが生ずるという問題点があった。
したがって多自由度運動機構の先端全所定の軌道に沿っ
て移動させるには、まず先端負荷量の検出が必要である
。
て移動させるには、まず先端負荷量の検出が必要である
。
従来、先端負荷量全検出する方法としては、静止状態に
おいてサーボモータへの指令値又はモータ電流により算
出されるモータ出力トルクと重力とのつり合いから算出
する方法がある。
おいてサーボモータへの指令値又はモータ電流により算
出されるモータ出力トルクと重力とのつり合いから算出
する方法がある。
１−かじ、この方法の場合移動−中は先端負荷量を検出
できないので静止状態で検出したとき生ずる検出誤差が
移動中にて減少されず高精度な軌道制御が困離になり、
また二関節ｘ−ｙ平面形機栴のように重力方向に対して
自由度のない機構には適用できない。
できないので静止状態で検出したとき生ずる検出誤差が
移動中にて減少されず高精度な軌道制御が困離になり、
また二関節ｘ−ｙ平面形機栴のように重力方向に対して
自由度のない機構には適用できない。
そこで、本発明は上述の欠点に鑑み、移動中に先端負荷
量ケ推定して高精度かつ高速で広汎に適用できる多自由
度運動機構の制御方式の提供２目的とする。
量ケ推定して高精度かつ高速で広汎に適用できる多自由
度運動機構の制御方式の提供２目的とする。
かかる目的全達成するため本発明の構成は、複数の動作
軸に対応して配置されこれを駆動するターボモータと、
上記各動作軸の状態蓄音検出する状態検出要素とを備え
た多自由度運動機構において、所定のサンプル周期毎に
得られる上記状態検出要素からの各動作軸の状態量及び
各サーボモータへの指令値と、前回のサンプル時点での
推定負荷量とから現サンプル時点での推定負荷量を演算
し、この推定負荷量と所定の軌道を示す状態量とから上
記各サーボモータへの次の指令値金得ることを％徴とす
る。
軸に対応して配置されこれを駆動するターボモータと、
上記各動作軸の状態蓄音検出する状態検出要素とを備え
た多自由度運動機構において、所定のサンプル周期毎に
得られる上記状態検出要素からの各動作軸の状態量及び
各サーボモータへの指令値と、前回のサンプル時点での
推定負荷量とから現サンプル時点での推定負荷量を演算
し、この推定負荷量と所定の軌道を示す状態量とから上
記各サーボモータへの次の指令値金得ることを％徴とす
る。
ここで、本発明による多自由度運動機構の実施例を図を
参照して説明する。第１図は３自由度運動機構の概略を
示す構成図で、動作軸である第１段アーム１と第２段ア
ーム２および把握部３’ｔ−具備し、第１段アームｌｉ
ｊ回転結合部４會軸と１〜て回動し、第２段アーム２は
回転結合部５を軸として回動し、把握部３は先端負荷６
全把握するよう開閉する把握部３Ａ、３Ｂからなる。そ
して、第１段アーム１．第２段アーム２、把握部３はそ
れぞれ独立した状態検出要素を装着し、たサーボモータ
（図示省略）によって駆動される。状態検出要素は第１
段アーム１の回動蓋θ１．第２段アーム２の回動量θ２
および把握部３Ａ、３Ｂの開度ａｓ を検出するように
構成されており、この位置信号θ１．θ２．θｓ！ｌｃ
よシ速度と加速度が演算される。
参照して説明する。第１図は３自由度運動機構の概略を
示す構成図で、動作軸である第１段アーム１と第２段ア
ーム２および把握部３’ｔ−具備し、第１段アームｌｉ
ｊ回転結合部４會軸と１〜て回動し、第２段アーム２は
回転結合部５を軸として回動し、把握部３は先端負荷６
全把握するよう開閉する把握部３Ａ、３Ｂからなる。そ
して、第１段アーム１．第２段アーム２、把握部３はそ
れぞれ独立した状態検出要素を装着し、たサーボモータ
（図示省略）によって駆動される。状態検出要素は第１
段アーム１の回動蓋θ１．第２段アーム２の回動量θ２
および把握部３Ａ、３Ｂの開度ａｓ を検出するように
構成されており、この位置信号θ１．θ２．θｓ！ｌｃ
よシ速度と加速度が演算される。
ここで、初期位置７から終端位置８まで図中の一点鎖線
に沿って３自由度運動機構の先端を移動させる場合を考
える。この場合、把握部３の自由度を考慮する必要がな
いので、以下に第２段アーム２Ｆｉ把握部３を含むとす
る。いま、ここで、ｕｌ Ｊは回転結合部４，５に作用
するトルクであり、ａｌ ＊ ａｌ ＋ ａｍは次の（
２）式である。
に沿って３自由度運動機構の先端を移動させる場合を考
える。この場合、把握部３の自由度を考慮する必要がな
いので、以下に第２段アーム２Ｆｉ把握部３を含むとす
る。いま、ここで、ｕｌ Ｊは回転結合部４，５に作用
するトルクであり、ａｌ ＊ ａｌ ＋ ａｍは次の（
２）式である。
また、ｍは先端の負荷質量、ｔｊは第５段のアーム長さ
、Ｉｇｊｌ’ｊ第Ｊ段アームの根元から第５段アームの
重心までの長さ、ＪＬｊ１ｄ第Ｊ段アームの重心のまわ
シの慣性モーメン）、ｍ１ｊＵ第Ｊ段アームの負荷質量
である。
、Ｉｇｊｌ’ｊ第Ｊ段アームの根元から第５段アームの
重心までの長さ、ＪＬｊ１ｄ第Ｊ段アームの重心のまわ
シの慣性モーメン）、ｍ１ｊＵ第Ｊ段アームの負荷質量
である。
・０（１）
上述の運動方程式は回転結合部４，５に作用するトルク
ｕｔ＋ｕｔｔ求めるものであるが、先端ノ負荷質ｉｌＬ
ｍヲハラメータとしているため、この先端の負荷質ｉＫ
よってこの３自由度運動機構の動特性は著しく変化する
。したがって、先端の負荷質量ｍが未知の場合従来のよ
うに予め記憶した指令値にてこの３自由度運動機構の先
端を高精度・高速に移動させることは困難であシ、何ら
かの対策が必要である。
ｕｔ＋ｕｔｔ求めるものであるが、先端ノ負荷質ｉｌＬ
ｍヲハラメータとしているため、この先端の負荷質ｉＫ
よってこの３自由度運動機構の動特性は著しく変化する
。したがって、先端の負荷質量ｍが未知の場合従来のよ
うに予め記憶した指令値にてこの３自由度運動機構の先
端を高精度・高速に移動させることは困難であシ、何ら
かの対策が必要である。
この対策を第２図に示す制御ブロックにて実現する。３
自由度運動機構のサーボモータ９゜１０に装置しである
状態検出要素１１．１２の検出信号を状態量演算要素１
３に入力し、この状態量演算要素１３において位置、速
度、加速度の状態θ１θ２．θ、θ２．θ１θａｔ演算
する。一方、記憶要素１４にはこの運動機構の先端部の
目標速度θ＋（１） 、θ２（ｔ）が記憶されている。
自由度運動機構のサーボモータ９゜１０に装置しである
状態検出要素１１．１２の検出信号を状態量演算要素１
３に入力し、この状態量演算要素１３において位置、速
度、加速度の状態θ１θ２．θ、θ２．θ１θａｔ演算
する。一方、記憶要素１４にはこの運動機構の先端部の
目標速度θ＋（１） 、θ２（ｔ）が記憶されている。
そして、検出した状態量θ１．θ２．θ□、θ２．θ１
．θ２と目標となる主演算要素１５罠入力し、先端の偵
荷量およびサーボモータ指令信号を第３図に示すフロー
チャートに従って演算する。
．θ２と目標となる主演算要素１５罠入力し、先端の偵
荷量およびサーボモータ指令信号を第３図に示すフロー
チャートに従って演算する。
今時点Ｎ（サンプル周期ｔ Ｔｃとすると時刻ｔ［ｔ＝
ＮＴｃである）Ｋおける先端負荷量の推定は、（１）式
の運動方程式に検出状態量θ、＃２夙み２＃ｔＬ ｆ
、代入してｍを含む項と含まぬ項とを分離し次の（３）
式より求める。
ＮＴｃである）Ｋおける先端負荷量の推定は、（１）式
の運動方程式に検出状態量θ、＃２夙み２＃ｔＬ ｆ
、代入してｍを含む項と含まぬ項とを分離し次の（３）
式より求める。
Ａ（θ１．θ３．θ１．θ３．θ□、θりｍ＝Ｂ（θ、
、０３１”Ｉ＠＆２．’９”ｌ＋／！＠”１ｐＪ ）
”” （３）ここでＡ、Ｂは（２Ｘ１）のベクト
ルである。
、０３１”Ｉ＠＆２．’９”ｌ＋／！＠”１ｐＪ ）
”” （３）ここでＡ、Ｂは（２Ｘ１）のベクト
ルである。
また、検出状態量＃ｈθ２．み１．丸、杭、４は時点Ｎ
の場合のものであるが、この時点Ｎの状態量を作り出す
サーボモータへの指令値’ｔ ｕｔ ｕｇ で示して
いる。この（３）式によれば、推定の先端負荷量ｍとし
ては二つの値が得られ、本来この二つの値は一致すべき
ものであるが、実際検出誤差。
の場合のものであるが、この時点Ｎの状態量を作り出す
サーボモータへの指令値’ｔ ｕｔ ｕｇ で示して
いる。この（３）式によれば、推定の先端負荷量ｍとし
ては二つの値が得られ、本来この二つの値は一致すべき
ものであるが、実際検出誤差。
演算誤差などによって一致しないのが通常である。そこ
で、サーボモータへの指令値ｕ１ ｕｇの大きい方に重
み付けした評価間数円−ｌＩ Ｂ −Ａｍ ｌｌ ”を
最小とするように推定負荷′Ｍを決める。すな −Ｉ
Ｔ わち、町＝（ＡＡ）ＡＢ −・・（４）（Ｔは転
ＩＨ全あられす）。
で、サーボモータへの指令値ｕ１ ｕｇの大きい方に重
み付けした評価間数円−ｌＩ Ｂ −Ａｍ ｌｌ ”を
最小とするように推定負荷′Ｍを決める。すな −Ｉ
Ｔ わち、町＝（ＡＡ）ＡＢ −・・（４）（Ｔは転
ＩＨ全あられす）。
こうして、サンプル周期ごとの検出状態値とサーボモー
タへの指令値により推定負荷量ｍｔ求めている。
タへの指令値により推定負荷量ｍｔ求めている。
さらに、各時点Ｎ毎の推定負荷’ｊｉ’ ｍｌ ｍ２
・・・ｍＮ、、ｍＮ との加算平均をとって時点Ｎに
おける推定負荷貴台Ｎ としている。この場合具体的に
は前時点（Ｎ−１）の推定負荷量仝Ｎ−，に用いて、次
の（５）式の反模式で推定負荷量全演算している。
・・・ｍＮ、、ｍＮ との加算平均をとって時点Ｎに
おける推定負荷貴台Ｎ としている。この場合具体的に
は前時点（Ｎ−１）の推定負荷量仝Ｎ−，に用いて、次
の（５）式の反模式で推定負荷量全演算している。
この（５）式はｍＮ が発散しない限りＮが大きくなる
につれ合Ｎ−仝Ｎ−ｔとなることを示しており、換言す
れば検出誤差等がある場合推定負荷値が収束していくこ
と全示している。
につれ合Ｎ−仝Ｎ−ｔとなることを示しており、換言す
れば検出誤差等がある場合推定負荷値が収束していくこ
と全示している。
次にフィードバック振の演算を行なう。フィードバック
ゲイン行列Ｋ（４ｘ４の行列）からＦ フィードバック量ｉｌｌ 、 ｕｚは次の（６）式によ
シ求める。
ゲイン行列Ｋ（４ｘ４の行列）からＦ フィードバック量ｉｌｌ 、 ｕｚは次の（６）式によ
シ求める。
しトルク◇ｌへ 全突出する。このトルク量へ香２に前
述のフィードバックｆｔ會加算した値をサーボモータへ
の指令値０１ ｕｚ とし、Ｄ／Ａ変換器１６゜１７
、電力増幅器１８．１９を通してサーボモータ９，１０
に入力する。在お、第２図中２０はサイクル周期％に定
めるタイマである。
述のフィードバックｆｔ會加算した値をサーボモータへ
の指令値０１ ｕｚ とし、Ｄ／Ａ変換器１６゜１７
、電力増幅器１８．１９を通してサーボモータ９，１０
に入力する。在お、第２図中２０はサイクル周期％に定
めるタイマである。
こうしで上述した検出状態量と前サーボモータ指令値と
による推定負荷′ｔｉｍＮ、推定負荷量ｍＮ−１を加味
した推定負荷量ＯＮ 、目標状態量と推定負荷相合Ｎ
とによるトルク、このトルりと目標状態量によるフィー
ドバック量とによる指令値の決定、それぞれの演算を第
３図の如く実行し目標時点ＮｍａＸに達するまで繰返す
。
による推定負荷′ｔｉｍＮ、推定負荷量ｍＮ−１を加味
した推定負荷量ＯＮ 、目標状態量と推定負荷相合Ｎ
とによるトルク、このトルりと目標状態量によるフィー
ドバック量とによる指令値の決定、それぞれの演算を第
３図の如く実行し目標時点ＮｍａＸに達するまで繰返す
。
この結果、未知の先端負荷量に対して検出誤差等のおる
場合においても時点Ｎの増加に伴ない精度良く負荷ｉ′
ヲ推定でき、その推定負荷量によってサーボモータの指
令値全決定しているため＆Ｃ、運動機構先端を目標とす
る軌道に高精度に沿わずことができる。なお、第３図に
おいて「開始」にあっては前サーボモータ指令値は存在
しないわけであるが、最初の（Ｎ＝１）の指令値１１１
０２ は入力してやればどんな値でもよい。
場合においても時点Ｎの増加に伴ない精度良く負荷ｉ′
ヲ推定でき、その推定負荷量によってサーボモータの指
令値全決定しているため＆Ｃ、運動機構先端を目標とす
る軌道に高精度に沿わずことができる。なお、第３図に
おいて「開始」にあっては前サーボモータ指令値は存在
しないわけであるが、最初の（Ｎ＝１）の指令値１１１
０２ は入力してやればどんな値でもよい。
以上説明したように本発明によれば、動作中に先端の未
知な負荷ｉ：會推定することができるので、推定のため
の時間をあらかじめ必要としないこと、状態検出要素が
ある場合においても。
知な負荷ｉ：會推定することができるので、推定のため
の時間をあらかじめ必要としないこと、状態検出要素が
ある場合においても。
反摺回数の増加に伴い負荷蓋の推定精度が向上すること
により、高精度・高速の軌道制御が実現できる利点があ
る。
により、高精度・高速の軌道制御が実現できる利点があ
る。
上記実施例では、先端の負荷量の推定全軌道制御の間繰
返し行っていたが、推定の収束がはやい場合には、全動
作時間の間推定の演算全繰返す必要がないことはいうま
でもない。
返し行っていたが、推定の収束がはやい場合には、全動
作時間の間推定の演算全繰返す必要がないことはいうま
でもない。
８１図は本発明による多自由度運動機構の制！
御方式が適用される３自由度運動機構の構成図第２図お
よび第３図は本発明による多自由度運動機構の制御方式
の実施例を示し、第２図は制御ブロック図、第３図は実
施例の制御フローチャートである。 図 面 中、 １は第１段アーム、 ２は第２段アーム、 ３は把握部、 ４および５は回転結合部、 ６は先端負荷、 ９、ｌ０Ｆｉサーボモータ、 １１．１２Ｆｉ、状態検出要素、 １３は状態量演算要素、 １５Ｖｉ主演算要素である。 第１図 ＼ 第３図 開始 Ｎ＝１ ｕ、 、ｕ２Ｔ−出ハ 神品４に柚５量の 入力
よび第３図は本発明による多自由度運動機構の制御方式
の実施例を示し、第２図は制御ブロック図、第３図は実
施例の制御フローチャートである。 図 面 中、 １は第１段アーム、 ２は第２段アーム、 ３は把握部、 ４および５は回転結合部、 ６は先端負荷、 ９、ｌ０Ｆｉサーボモータ、 １１．１２Ｆｉ、状態検出要素、 １３は状態量演算要素、 １５Ｖｉ主演算要素である。 第１図 ＼ 第３図 開始 Ｎ＝１ ｕ、 、ｕ２Ｔ−出ハ 神品４に柚５量の 入力
Claims (1)
- 複数の動作軸に対応して配置されこれ全駆動するサーボ
モータと、上記各動作軸の状態ｉｔ検出する状態検出要
素と金備えた多自由度運動機構において、所定のサンプ
ル周期毎に得られる上記状態検出要素からの各動作軸の
状態量及び各サーボモータへの指令値と、前回のサンプ
ル時点での推定負荷量とから現サンプル時点での推定負
荷量を演算し、この推定負荷量と所定の軌道を示す状態
量とから上記各サーボモータへの次の指令値を得ること
を特徴とする多自由度運動機構の制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2645882A JPS58143985A (ja) | 1982-02-20 | 1982-02-20 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2645882A JPS58143985A (ja) | 1982-02-20 | 1982-02-20 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58143985A true JPS58143985A (ja) | 1983-08-26 |
Family
ID=12194059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2645882A Pending JPS58143985A (ja) | 1982-02-20 | 1982-02-20 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58143985A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61150009A (ja) * | 1984-12-25 | 1986-07-08 | Amada Co Ltd | 位置補正方法 |
| JPS6231406A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多関節ロボツトの位置決め制御装置 |
| JPS638913A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Fanuc Ltd | ロボツト制御装置 |
| JPS638912A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Fanuc Ltd | ロボツトの制御方式 |
| JPS6478308A (en) * | 1987-09-19 | 1989-03-23 | Fanuc Ltd | Robot control system based on load conditions |
-
1982
- 1982-02-20 JP JP2645882A patent/JPS58143985A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61150009A (ja) * | 1984-12-25 | 1986-07-08 | Amada Co Ltd | 位置補正方法 |
| JPS6231406A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多関節ロボツトの位置決め制御装置 |
| JPS638913A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Fanuc Ltd | ロボツト制御装置 |
| JPS638912A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Fanuc Ltd | ロボツトの制御方式 |
| JPS6478308A (en) * | 1987-09-19 | 1989-03-23 | Fanuc Ltd | Robot control system based on load conditions |
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