JPS60501A - 始動時安定化及び慣性計測式のマニユピレ−タ用制御システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マニュピレータ装置の制御システムに係り、
特に、所定軸のアクチュエータからの力及び慣性に相関
したフィードバックでコマンド信号に対して慣性を色々
に大きさ決めして該信号を開始させることにより複数の
被制御軸におけるマニュピレータアームの動的性能及び
始動時安定性を改善したサーボループを使用するマニュ
ピレータ装置用の改良された制御システｂに係る。

複数の軸によって制御さ゛れるマニュピレータアームを
位置設定するようなコマンド信号及びフィードバック信
号を発生するサーボループを用いたマニュピレータ装置
用の色々な制御システムが抵案され実現化されている。

この種の制御システムは、例えば、米国特許第４，３６
２，９７８号、第３，６６１．０５１号、第４．０８６
．５２２号、第４，１３２，９３７号、第４　、３３８
　、６７２号、第４，１５６．８３５号、及び第４，２
４３．ｍｚ３号に開示されている。米国特許第４．３６
２．９７８号に開示された制御システムは、種々のコマ
ンド信号に対して力又は圧力のフィードバックを行なう
と共に、慣性の大きさを決めるトルク／カコマンドルー
ズを備えている。慣性の大きさ決めは、負荷荷重及びア
ーム位置をパラメータとして用い、ルック・アップ・テ
ーブル又はオンライン計算のいずれかによって行なわれ
る。米国特許第３，６６１．０５１号に開示された制御
システムは、位置コマンド信号及び位置フィードバック
信号でマニュピレータアームを制御するサーボループを
用いている。米国特許第４．０８６．５２２号では、位
置及び速度コマンド信号が用いられると共に、位置及び
速度フィードバックがサーボ制御ループに用いられる。

米国特許第４，１３２．９３７号では、力Ｗ速度フィー
ドバック・速度フィードバックデータを含む動的フィー
ドバックが用し）られ、上記データは、位置エラー信号
と合成され、位置エラー信号と動的フィードバック信号
との競合を避けるように減速中には高レベルの負の動的
フィードバック信号を与えそして加速中には低レベルの
信号を与えることによって、マニュピレータアームの制
御及び動作が安定化される。米国特許第４，０８６，５
２２号では、位置、速度及び加速度コマンド信号を送り
、位置、速度及び加速度フィードバックを行なうサーボ
ループを用いて、マニュピレータアームが制御される。

一般に、上記の公知構成は、それらの意図された目的に
対しては一応満足であるが、マユピレータの多くの使用
目的においては、サーボループの安定性を維持しつつ始
動時の安定化及び動的性能を改善することが依然として
要望されている。

更に、マニュピレータアームが、作業遂行中に種々様々
なアーム負荷を受ける場合には、マニュピレータアーム
の制御についての動的な性能を改善することが要望され
ている。

本発明の１つの特徴によれば、複数の軸において可動な
アームを有しＪプログラムデータ及びアーム位置データ
に応答して・コマンド信号を与える制御′装置を備えて
いるマニュピレータ装置のための制御システムであって
、上記軸の１つ以上から導出されて上記アームの慣性質
量系に相関された大′きさ決め信号を発生する手段と、
上記コマンド信号及び上記大きさ決め信号に応答して１
つ以上の上記コマンド信号を修正する手段と、上記コマ
ンド信号に応答して上記アームを上記複数の軸において
動かす手段とを備えているような制御システムが提供さ
れる。

本発明の別の特徴によれば、複数の軸において可動なア
ームを有しているマニュピレータ装置のための制御シス
テムであって、 サーボループ制御信号発生手段を備え、該手段は、上記
複数の軸における上記アームの動きから導出されたアー
ム位置データを含むプログラムデータ及びフィードバッ
ク信号に応答して、上記軸の各々に対する軸制御信号を
発生し、上記軸の１つに対する上記フィードバック信号
の少なくとも１つは、上記アームの慣性質量系に相関さ
れ、上記軸制御信号の少なくとも１つは、上記慣性質量
系に相関したフィードバック信号と軸コマンド信号とを
加算することによって与えられ、上記軸コマンド信号は
、上記サーボループ制御信号発生手段によって発生され
、 更に、上記フィードバック信号を発生する手段を備え、 更に、上記軸制御信号に応答して上記アームを上記複数
の軸において動かす手段を備え、更に、サーボ作動可能
化信号に応答して上記サーボループ制御信号発生手段を
修正し、上記各々の軸に対する上記慣性質量系に相関し
たフィード／へツタ信号と大きさが同じで符合が逆のコ
マンド信号を上記軸の１つ以上に対し所定時間中与える
ようにする手段を備えていることを特徴とする制御シス
テムが提供される。

本発明の１つの好ましい実施例によれば、複数の軸にお
いて可動なマニュピレータアームを有するプログラム可
能なマニュピレータのようなサーボ制御装置のための制
御システムが提供される。この制御システムは、広範な
アーム負荷、アームの動的作動パラメータ、及び作動位
置の全範囲に対してマニュピレータアームの動的性能及
び制御に改善を与える。この制御システムは、１つ以上
の被制御軸に対し、種々のフィードバック信号を用いた
サーボ制御ループを備えている。１つの構成においては
、適当な軸の液圧アクチュエータからの圧力信号として
与えられる慣性相関信号が、関数信号発生回路と組み合
わせて用いられて、選択されたループコマンド信号に対
して慣性が色々に大きさ決めされる。圧力信号に対して
用いられる軸は、マニュピレータアームの慣性質量系に
相関された信号を与えるようにマニュピレータ装置の取
り付けによって決定される。制御さるべき軸のアクチュ
エータからの圧力信号を、制御システムの電源オン時に
その軸のコマンド信号を開始させるのに用いて、電源オ
ン時及び始動段階中にマニュピレータアームの安定化が
与えられる。

本発明を良く理解すると共に、本発明を如何に実施する
かを示すために、添付図面を参照して以下に詳細に説明
を行なう。

さて、第１図ないし第３図を説明すれば、本発明の制御
システムは、例えば、参考としてここに取り上げる米国
特許第４，３６２，９７８号に開示された形式のマニュ
ピレータ装置及びこれと同様のものを制御するのに有用
である。この形式のマニュピレータは、Ｕｎｉｍａｔｉ
ｏｎ、　ＩｎｃからＵＮＩＭＡＴＥ　（登録商標）４０
００シリーズ工業ロボツトとして入手できるものである
。このマニュピレータ装置は、複数の自由度即ち軸にお
いてプログラムされた関節運動を行なうよ、うに動くこ
とのできるマニュピレータアームを備えている。

さて、米国特許第４，３６２，９７８号の第１図を説明
すれば、基台５０は、５２で一般的に示された制御キャ
ビネットを備えており、この中に、マニュピレータの電
子制御装置、例えば、本発明の制御システムが収容され
る。液圧作動式のマニュピレータアームは、５４で一般
的に示されたブーム組立体を備え、これは、水平軸に対
して動くようにトランク部分５６に枢着され、トランク
部分５６は、垂直に延びた柱に回転可能に取り付けられ
、その底部はプラットホーム５０に固定される。

ブーム組立体５４は、マニュピレータアームの外端を上
下（垂直軸）に動かすように傾斜され、一対の延長可能
な中空アーム部分５８を備えており、これらの部分はブ
ーム組立体５４に近づいたり離れたりして、半径方向の
延長又は引っ込み関節運動（半径方向軸）を与えるよう
に構成されている。

アーム部分は、突出したハンド部分６２を支持するクロ
スヘッド組立体６０に固定される。ハンド部分６２は、
リスト曲げ軸６４に対して回転されるようにクロスヘッ
ド組立体６０に回転可能に取り付けられ、リスト曲げ軸
６４はその方向がアームの上下関節運動と一般的に同じ
である。ハンド６２は、回転可能に延びたハンド外部６
６も備え、これは、ハンドにリスト旋回（ヨー軸）運動
即ち関節運動を生じさせるように半径方向軸６８のまわ
りで回転するよう構成される。ハンド外部６６には、器
具量は入れソケット７０が設けられており、このソケッ
トは、マニュピレータハン１８の種々の器具もしくは溶
接銃を取り付けるように構成されている。器具ソケット
部分７０ｔ±、１ノスト旋回軸６８に垂直ｄ方向に延び
、軸７？こ対して回転するようにノ＼ンド外部６６内に
取すイ１けられて、ハンド旋回関節運動（旋回軸）を生
じさせる。

全ブーム組立体５４は、トランク５６の垂直軸に対して
回転するように構成されてｌ、％て、マニュピレータ装
置に第６番目の関節・運動、即ち第６の自由度、回転軸
運動と称する、を生しさせる。

６″′個の軸において上記の運動を生じさせる種々の液
圧・機械駆動装置構成体は、参考として取り上げる米国
特許第３，６６１，０６１号に開示されている。

回転運動、垂直運動、半径方向運動、リスト曲げ運動、
ヨー軸運動、及びノζンド旋回運動と称する６個の軸に
おける運動は、第１図ないし第３図について以下に詳細
に説明する本発明の制御システムによって制御される。

６個の被制御運動軸の各々におけるアーム及びハンド組
立体の絶対位置を表わすデジタル情報を形成するために
、一連の６個のデジタルエンコーダ７３（半径方向）、
７４（ヨー）、７５（垂直）、７Ｂ（曲げ）、７７（回
転）、及び７８（旋回）が、各々の被制御軸に別して１
つづつ設けられており、これについては、米国特許第３
゜６６１．０５１号に詳細に説明されており、米国特許
第４．３６２，９７８号の第３図ないし第６図に示され
ている。

米国特許第４，３６２，９７８号の第１図について再び
説明すれば、垂直軸の加速度フィードバックを与えるた
めに、加速度計又は他の適当な動的感知組立体８０が、
マニュピレータのブーム組立体５４の゛外端伺近に取り
（＝Ｊけられている。垂直軸の加速度フィードバックは
、本発明の制御システムの一実施例において選択的に利
用される。

曲げ軸、旋回軸及びヨー軸において速度フィードバック
を与えるために、成る１つの構成では、ＬＶＴ　（リニ
ア速度ｌ・ランスジューサ）装置（曲げ）（ヨー）及び
（旋回）が、各軸の各アクチュエータの速度を直接感知
するように設けられている。別の構成では、米国特許第
４，３６２　。

９７８号の第２図に示されたように、タコメータ８２．
８４及び８６が、曲げ軸、ヨー軸及び旋回軸に対する回
転を各々感知するように構成される。ＬＶＴ装置は、タ
コメータよりも感知という点で信頼性が高いと考えられ
るので、ＬＶＴ装置の方が好ましい。ＬＶＴ装置をアク
チュエータに取り付けにくい場合には、タコメータが望
ましい。

垂直軸、回転軸及び半径方向軸に対する速度フィードバ
ック情報を与えるために、第１図ないし第３図について
詳細に述べるように、ＬＶＴ装置又は他の適当な動的感
知装置１１０．１１２及び１１４が、軸アクチュエータ
の動きを感知するように設けられるか、或いは、マニュ
ピレータ装置の色々な軸の駆動装置の適当な位置に設け
られて、垂直軸、回転軸及び半径方向軸についての運動
を各々感知する。

さて、第１図ないし第３図を参照して本発明の制御シス
テムを説明すれば、解説のだめの本発明の一実施例にお
いて、本制御システムは、オンライン制御装置１２０と
、回転軸、垂直軸及び半径方向軸の各々に対する軸制御
段１２２．１２４及び１２６と、回転軸、垂直軸及び半
径方向軸の各々のアナログサーボループ回路とを備えて
いる。又、本発明の制御システムは、以下で詳細に述べ
るように、曲げ軸、ヨー軸及び旋回軸に対し、米国特許
第４，３６２，９７８号の第６図に示されたような制御
構成体も備えている。

オンライン制御装置１２０は、デジタルデータバス１５
２を経て、各々の軸制御段１２２．１２４及び１２６と
通信する。オンライン制御装置１２０は、所定の作業プ
ログラムに対してマニュピレータを動かすべき位置を各
々の制御軸について表わしているデータが記憶されたメ
モリ（図示せず）を備えている。又、オンライン制御装
置１２０は、このメモリに記憶されたデータを用いて、
位置及び速度コマンド信号を含む基本的なコマンド信号
を、データバス１５２を経て、軸制御段１２２．１２４
及び１２６の各々へ発生する電子回路、或いは、コンピ
ュータもしくはマイクロプロセッサ（図示せず）を備え
ている。

米国特許第４，３６２，０７８号の第３図を説明すれば
、軸制御段１２２，１２４及び１２６の各々は、軸マイ
クロプロセッサ１５４と、ＲＡＭ（ランタ゛ム拳アクセ
ス・メモリ）段１５６と、ＥＰＲＯＭ（電子的にプログ
ラム回部なリード・オンリ番メモリ）段１５８と、デジ
タル−アナログコンバータ段１６０と、サンプル・ホー
ルド出力段１６２とを備えている。マイクロプロセッサ
１５４、ＲＡＭＩ　５６、サンプル争ホールド段１６２
、ＥＰＲＯＭ段１５８及びデジタル−アナログコンバー
タ段１６０のデータ入力及び出方ラインは、データバス
１６４によって相互接続される。更に、マイクロプロセ
ッサ１５４は、ＥＰＲＯＭ１５８及びＲＡＭ１５６をア
ドレスするように接続されたアドレス出力データパス１
６６をｉえている。

軸制御段１２２．１２４及び１２６は、アナログ位置エ
ラー、速度及び加速度コマンド信号を計算しそして出力
するように構成される。例えば、第１図の回転軸制御段
１２２は、オンライン制御装置１２０からデータバス１
５２を経て受けた基本的な位置及び速度コマンド信号に
応答して、１７０に位置エラーコマンド信号を与え、１
７２に速度コマンド信号を与え、モして１７４に加速度
コマンド信号を与える。回転エンコーダ７７、垂直エン
コーダ７５及び半径方向軸制御器７７は、各々の出力デ
ータラインを経て、軸制御段１２２．１２４及び１２６
へ位置フィードバックデータを与えるように順次接続さ
れる。位置、速度及び加速度制御信号を計算するように
軸制御段１２２．１２’４及び１２６によって行なわれ
る最初の計算は、米国特許第４，０８６，５２２号に開
示されたオンライン計算・制御器Ｎ１８で行なわれる機
能と同様であり、これら計算の詳細な説明については上
記特許を参照されたい。更に、オンライン制御装置１２
０及び軸制御段１２２．１２４及び１２６の機能を遂行
する重版の制御装置は、Ｕｎｉｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｃか
ら入手できる。

さて、第１図の回転アナログサーボループについて説明
すれば、位置エラーコマンド信号１７０は、加算段１８
０の一方の入力に接続される。

加算段１８０の出力１８２は、第２の加算段１９０の第
１入力として接続される。この加算段１９０は、アナロ
グ速度コマンド信号１７２と、速度フィードバック信号
１９４を２つの更に別の入力として有し、速度フィード
バック信号１９４は、回転速度トランスジューサ段１１
２から環１１］器１９６を経て導出される。加算段１９
０の合成出力１９８は、増１↑Ｊ／積分段２００を経て
加算段２０２の一方の入力へ接続される。加算段２０２
は、アナログ加速度コマンド信号２０４と、△Ｐ圧力フ
ィードバック信号２０６を２つの更に別の入力として有
する。

ΔＰ圧力フィードバック信号２０６は、２膜作動アクチ
ュエータ２１０のマニホールドにおいて該アクチュエー
タにまたがる差圧力を直接測定する圧力フィードバック
センサ２０８によって得られた差圧力信号である。

加速度コマンド信号１７４は、一般的に１８４で示され
た慣性計測段を経て接続されて、慣性について大きさ決
めされた加速度コマンド信号２０４となる。慣性計測段
１８４の動作については、以下で詳細に説明する。

加算段２０２の出力２１８は、増巾／積分段２２０及び
ダイオード争リニアライザ回路２２２を経て電力増ｌ】
回路２２４へ据続される。電力増１１回路２２４は、回
転軸サーボコイル・バルブ構成体２２６のサーボコイル
を駆動する。サーボコイル自バルブ構成体２２６は、マ
ニュピレータアームを回転軸について適切に位置設定す
るようにアクチュエータ２１０を駆動する。

本発明の重要な特徴によれば、慣性について大きさ決め
された加速度コマンド信号２０４を形成するように加速
度コマンド信号１７４に対して慣性の可変大きさ決めを
行なうことにより、マニュピレータアームで表わされた
慣性質量系の変化、例えば、アームの位置及びアームの
負荷による変化に基づいて、改良された動的性能が与え
られる。慣性の可変大きさ決めにより、マニュピレータ
が受ける慣性範囲にわたる安定したループ作動によって
ループ利得が最大にされる。本発明の可変慣性大きさ決
めが行なわれないようなサーボループ制御システムでは
、作用負荷及びアーム位置についての全作用範囲にわた
るマニュピレータアームの慣性変化によって、安定作動
のためのループ利得の範囲が広くなる。従っ′て、典型
的なサーボループは、最悪の場合、即ち、マこユビレー
タアームにか覧る慣性負荷が最小の場合に本来安定作動
であるループ利得で安定した作動を行なうように設定し
なければならない。当然、これは、第１図の回転サーボ
ループ構成体によって例示された本発明の制御システム
で与えられる可変慣性大きさ決め構成体に比して、動的
性能の低下を招く。

圧力フィードバックの使用は、マこユピレータアームの
慣性質量系を表わすものとして望ま゛しいと分っており
、これと可変慣性大きさ決めとの組み合わせによって、
本発明による動的性能の改善された制御システムをもた
らすトルクループ即ちカループが与えられる。従って、
圧力フィードバックを可変慣性大きさ決めと組み合わせ
て使用することにより、加速度フィードバックを用いた
システムに勝る改善された動的性能が与えられる。加速
度フィードバックを用いたシステムは、実際のマニュピ
レータ構造において正確にこれを実施することが困難で
あり、成る場合には、はとんど不可能である。慣性につ
いて大きさ決めされる加速度ループもしくはカループを
マニュピレータアームのサーボ制御器に用いることは、
マニュピレータアームの動的状態の変化に対して速いル
ープ応答を与える上で便利である。

慣性計測段１８４は、加速度コマンド信号１７４と慣性
について大きさ決めされた加速度コマンド信号２０４と
の間に直列に接続された可変抵抗素子１８６を備えてい
る。素子１８６の抵抗値を変えるために慣性計測段へ送
られる制御入力は、圧力フィードバック信号を含む。第
４図ないし第８図を参照すれば、マニュピレータアーム
の適当な軸に対する２膜作動アクチュエータにまたがっ
て感知された外圧力により、アームの慣性質量系に相関
された信号が与えられる。

例えば、第４図を説明すれば、マニュピレータが第８図
（ａ）に示されたように取り付けられて、その基部が床
もしくは地面に置かれそして垂直軸即ち上下軸の運動に
重力が作用する場合には、第２図の２５４に現われる圧
力信号ΔＰ一対・アームの延びが、アームにか振る所与
の負荷に対して直線的なものとなる。更に、第５図を説
明すれば、アームの慣性変化・対・アームの延びは、ア
ームの延びの平方に従う。

さて、第６図を説明すれば、第１図の回転軸ループ回路
１４０のカループに対する慣性変化にとって最適な所望
のコマンド信号も、アームの延びの平方に従う。

２５４に現われマニュピレータアームの慣性に相関され
た差圧力信号と、所望の加速度コマンド信号とについて
、更に第７図を説明すれば、慣性変化に対して最適な加
速度コマンド信号は、本発明により、２５４に現われる
差圧力信号と相関され、慣性のついて大きさ決めされた
加速度コマンドが２０４に現われる。これは、アームに
か〜る全ての負荷に対し２５４に現われる差圧力信号の
平方に基づいて最適に変化するものである。

従って、慣性計測段１８４は、圧力信号２５４を入力と
して用い、素子１８６の抵抗値を２５４の圧力信号の変
化の平方として変えることにより、１７４の加速度コマ
ンド信号を大きさ定めする。これにより、慣性について
大きさ決めされた所望の加速度コマンド信号が、最適な
力もしくはトルク信号として２０４に与えられる。

好ましい実施例においては、慣性計測段１８４は、垂直
軸アクチュエータ、回転軸アクチュエータ及び半径方向
軸アクチュエータから各々２５４．２０６及び３０２に
送られる各△Ｐ倍信号選択接続構成体を備えている。

さて、第８図を説明すれば、垂直軸のΔＰ信号２５４は
、マニュピレータが、第８図（＆）及び（ｂ）に示され
たように床又は天井位置に取り付けられた時の慣性計測
に使用される。更に、回転軸のΔＰ信号２０６は、マニ
ュピレータが、第８図（ｃ）又は（ｄ）に示されたよう
にアームブームが下の位置又はアームブームが上の位置
に取り付けられた時の慣性計測に使用される。というの
は、回転アクチュエータの圧力信号は、回転軸に対しア
ームに重力が作用する状態、でのアームの慣性に相関さ
れているからである。更に、第８図（ｅ）及び（ｆ）に
示すようにアームブームが右又は左に取り付けられる状
態でマニュピレータが取り付けられた場合には、半径方
向軸に重力が作用するので、半径方向軸の△Ｐ信号３０
２が慣性計測に使用される。

従って、ΔＰ信号２５４．２０６及び３０２に対し、慣
性計測段１８４を選択的に接続できることにより、マニ
ュピレータの取り付は方に拘りなく、所望の慣性計測を
行なうように適当に接続を行なうことができる。

慣性計測段１８４は、平方法則関係を与え、換言すれば
、入力２５４．２０６又は３０２の１つからの圧力入力
信号の平方として素子１８６の抵抗値を変えることによ
り、平方法則関数信号発生器として作動する。

好ましい実施例において壮、平方法則関数信号は、ＬＥ
Ｄ　（発光ダイオード）１８８と、可変抵抗素子１８６
としてのホトセル又はホトトランジスタとによって与え
られる。ＬＥＤ　１８８及びホトセル１８６は、所望の
特性が得られるように互いに配置される。特定の実施例
においては、ＬＥ０１８８及びホトセル１８６は、ホト
カプラ１８７として共通の一体的ハウジング内に設けら
れる。例えば、説明上、適当な装置１８７は、米国ニュ
ーヨーク州、マウントバーノンノＣ１ａｉｒｅｘＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ　ｓ社からＬＥＤホトコンダクタＤＩＰ
アイソレータ部品番号ＣＬＭ５０として入手できる。別
の例においては、硫化カドミウムホトセル及び適当にボ
ッティングされた緑色のＬＥＤも適当な特性を与える。

又、慣性計測段１８４は、１８９で一般的に示された信
号反転選択構成体も備えており、これは、マニュピレー
タの取り付けに基づいて適当な信号方向を与える。第３
図に示された１つの特定の実施例では、例えば、接続ビ
ン及びソケットを有した選択的に位置設定可能なジャン
パワイヤによって選択構成体が形成される。第３図に示
されたように、選択構成体１８９は、床取り付け（第８
図ａ）、アームブームを右にした壁取り付け（第８図ｅ
）、及びアームブームを下にした壁取り付け（第８図Ｃ
）状態に対応する。構成体１８９は、天井取り付け（第
８図ｂ）アームブームを左にした壁取り付け（第８図ｆ
）、及びアームブームを上にした壁取り付け（第８図ｄ
）状態の場合には、第３図に場合と反対の第２の位置に
接続される。

選択構成体１８９は、ＷＳｌのジャンパ接続部１８９ａ
を備え、これは、位置ｌにおいては＋１５ボルト電源１
９１を第１の接点（１９３における）に選択的に接続す
ると共に、位置２においては−１５ポルト電源を第２の
接点（１９３における）に接続する。第２のジャンパ接
続部１８９ｂは、位置ｌにおいてはＬＥ０１８８のアノ
ード（１９５における）を第１接点１９７に接続すると
共に、第２の位置においてはＬＥＤ１８８のアノードを
基準アース電位１９９に接続する。第３のジャンパ接続
部１８９ｃは、位置ｌにおいてはＬＥＤ１８８のカソー
ド（２０１における）をアース電位１９９に接続すると
共に、第２の位置においては該カソード（２０１におけ
る）を第２の接点２０３に接続する。接点１９７及び２
０３は、２つの抵抗２０５及び２０７の接続点に共通に
接続される。回路点１９３は、可変抵抗２０９及び抵抗
２０７の直列接続体を経て接点１９７．２０３へ接続さ
れる。

第３図の特定の実施例においては、マニュピレータの取
り何けがめったに変更されない場合及び／又は適切な回
路接続の安定性を確保する場合のジャンパ接続構成体と
して、選択構成体１８９が示されたが、マニュピレータ
の取り付けが比較的頻繁に変更される多くの場合には、
３つの極又はスイッチ段をもった選択構成体１８９をな
すようなスイッチ選択構成体が適当であることを理解さ
れたい。

抵抗２０５は、可変抵抗２１１を経て圧力信号選択構成
体の入力２１３へ接続される。抵抗２０５と２１１の接
続点と、アース電位との間にはキャパシタ２２１が接続
されている。垂直軸、回転軸及び半径方向軸からの各々
の圧・万人力信号２５４．２０６及び３０２は、各々、
人力ＰＬ、Ｐ２及びＰ３と称する。これら人力Ｐｉ、Ｐ
２及びＰ３の適当な接続は、例えば、入力Ｐ１、Ｐ２又
はＰ３の１つと点２１３との間でジャンパワイヤを選択
的に接続することによって行なわれる。然しなから、別
の特定の実施例では、ジャンパワイヤ接続の代りに３位
置スイッチが使用されることも理解されたい。

従って、圧力信号Ｐ１、Ｐ２又はＰ３の１つが接続され
る状態では、圧力入力が反転選択構成体１８９によって
ＬＥＤ１８８を駆動するように適当に構成され、素子１
８６の抵抗値は圧力入方の平方として変化するようにさ
れる。

本発明の更に別の重要な特徴によれば、第１図の回転軸
サーボループ回路には、スイッチ段２１５及び２１７を
含む始動時安定化構成体が設けられている。スイッチ段
２１５は、加算段２０２の出力２１８及び増巾／積分段
２２０の出力を選択的に接続するように構成され・てぃ
て、このスイッチ段が、動作動可能化信号に関係した制
御信号２１９によって作動された時に段２２０を分路即
ち短絡するようにされる。スイッチ２１７は、加算段２
０２の出力２１８と、加算段１８０の第２の反転入力と
の間に接続されていて、このスイッチ２１７が、動作動
可能化信号２１９に関係された制御入力で作動された時
に加算段２０２の出力を加算段１８０の反転入力に接続
する。

例えば、作業交替′の始めに、或いは、何等かの理由で
装置が停止した後に、マニュピレータ装置を電源ランに
して使用する時には、本制御システムが、マニュピレー
タアームを安定化させるために、輪作動可能化入力２１
９に所定時間中信号を発生する。動作動可能化信号２１
９が、スイッチ２１５及び２１７を作動させる状態にあ
れば、速度ループの増巾／積分段２００の出力に現われ
るループ信号が開始され、フィードバック信号２０６と
大きさが等しく符合が逆の信号が供給される。従って、
例えば、第８図（ｅ）又は（ｆ）に示すようにブームが
右又は左の位置をとるようにマニュピレータが側壁に取
り付けら九た場合に、回路の電源がオンにされて安定化
が行なわれる時には、２０６のΔＰ倍信号、アームを安
定化させるように積分器２００の出力の開始信号によっ
て整合され、△Ｐ倍信号、この時、慣性質量系及び重力
の作用によってゼロにならず、一方、制御ループには、
休止からの最初の開始位置において安定化を維持するた
めにその他の信号はない。

回転軸、垂直軸及び半径方向軸の各々に始動時安定化構
成体が設けられている場合には、マニュピレータの取り
付けに拘りなく初期安定化作用が達せられる。

もちろん、成る構成では、マニュピレータの取り付けに
よって決定される主要軸のみに安定化構成体が設けられ
る。特定の実施例においては、スイッチ段２１５及び２
１７が、ＦＥＴ半導体装置である。

さて、第２図を参照して本発明の垂直制御システムを説
明すれば、垂直サーボループは、位置エラーコマンド信
号２３６を含み、これは、加算段２３９の一方の入力に
接続される。加算段２３９の出力は、第２の加算段２４
０の第１人力（と接続される。この加算段２４０は、垂
直軸速度コマンド信号２４２及び速度フィードＩ（ツク
信号２４４を入力として含んでいる。速度フィード／＜
ツタ信号２４４は、垂直速度トランスジューサｌｌＯか
ら増ｒｌコ器２４６を経て導出される。加算段２４０か
らの出力２４８は、増［１１／積分段２５０を経て加算
段２５２の一方の入力に接続される。

加速度コマンド信号２３８は、慣性計測段１８４を経て
接続されて、慣性について大きさ決めされたコマンド信
号２５３が加算段２５２の第２の入力に送られる。加算
段２５２の第３人力は、垂直軸アクチュエータ２５８に
またがって差圧力を感知する圧力フィードバックセンサ
２５６によって得られた差圧力フィードバック信号２５
４を受けるように接続される。更に、加速度フィードバ
ックセンサ８０が、増巾器２６０を経て、加算器２５２
の入力に接続される。加速度のフィードバックは、更に
別のサーボシレープ制御機能のために与えられる。垂直
軸における加・速度感知は、回転軸における加速度フィ
ードバックよりも容易に且つ正確に行なわれる。従って
、垂直軸における加速度フィードバックにより、２５４
の圧力フィードバックに加えて、更に別の動的情報がサ
ーボループに与えられる。

加算段２５２の出力２６２は、増１１コ／積分段２６４
及びダイオード争すニアリザ段２６６を経て電力増巾器
２６８へ接続される。電力増ｒｌｊ器２６８は、垂直サ
ーボコイル・バルブ構成体２７０を駆動する。サーボコ
イル・バルブ構成体２７０は、垂直アクチュエータ２５
８の位置設定を制御する。垂直軸サーボループの作動は
、前記した第１図の回転軸サーボループの作動と同様で
ある。

更に、垂直軸制御器１２４は、回転軸制御器１２２と同
様に作動する。垂直軸制御器１２４は、垂直エンコーダ
７５から位置フィード／ヘッダ情報を得る。

垂直軸制御器１２４は、加速度コマンド信号２３８、速
度コマンド２４２及び位置エラーコマ　−ンド２３６を
供給する。慣性計測段１８４は、適当な圧力入力信号及
び加速度コマンド信号２３８に応答し、慣性について大
きさ決めされた加速度コマンド信今２５３をサーボルー
プに与える。

又、垂直サーボループには、スイッチ段２７１及び２７
３を含む始動時安定化構成体が設けられている。スイッ
チ段２７１は、これが軸杵動可能化信号入力２７５に対
して作動された時に、増１１Ｊ／積分段２６４の入力及
び出力を選択的に接続するように構成されている。スイ
ッチ段２７３は、これが軸杵動可能化信号２７５に対し
て作動された時に増＋１１／積分段２６２の入力及び加
算段２３９の反転入力を選択的に接続するように構成さ
れる。

種々のサーボループの位置エラー信号２７４．１７０及
び２３６は、位置エラーコマンド信号と称するが、これ
ら信号は、位置コマンド信号と位置フィードバック信号
との差を表わしているので、厳密なコマンド信号ではな
いことを理解されたい。

さて、第３図を参照し、半径方、向軸サーボループにつ
いてｆ明すれば、位置エラーコマンド信号２７４は、加
算段２７５の第１入力に接続される。この加算段２７５
の出力は、第２の加算段２９０の第１人力に接続される
。この加算段２９０は、速度コマンド信号２８０と、半
径方向速度；・ランスジューサ段１１４により増１１］
器２９２を経て送られた速度フィードバック信号も、入
力として受ける。加算段２９０の出力２９４は、増１１
Ｊ／積分段２９６を経て加算段２９８の１つの入力に接
続される。加算段２９８は、アナログ段２３２からの加
速度コマンド３００を入力として受ける。又、加算段２
９８は、圧力フィードバックセンサ３０４から導出され
た入力として圧力フィードバック信号３０２も受け、上
記センサ３０４は、前記したように半径方向軸アクチュ
エータ３０６にまたがる差圧力を測定する。又、加算段
２９８は、増ｌｊ器２９２からの速度フィードバック信
号から微分段３１０により導出された加速度フィードバ
ック信号３０８も受ける。加算段２９８の出力３１２は
、増ｒｔ１／積分段３１４及びダイオードリニアライザ
段３１Ｂを経て電力増巾器３１８へ接続される。

電力増巾段３１８は、半径方向軸サーボψコイルバルブ
構成体３２０を制御する。このサーボコイル令バルブ構
成体３２０は、半径方向軸アクチュエータ３０６の作動
を制御する。

半径方向す、−ポループにも、スイッチ段３２２及び３
２４を含む始動時安定化構成体が設けられている。スイ
ッチ段３２２は、これが輪作動可能化信号人力３２６に
対して作動された時に、増ｌ」／積分段３１４の入力及
び出力を選択的に・接続するように構成される。スイ・
ンチ段３２４　ｔｔ、これが輪作動可能化信号人力３２
６１こ対して作動された時に増巾／積分段２６２の入力
及び力Ｕ算段２３９の反転入力を選択的に接続するよう
に構成される。

曲げ軸、ヨー軸及び旋回軸につし１ての一制御構成体は
、米国特許第４．３６２．９７８号に説明されてその第
６図に示された構成体１２８．３１０．１３２．１４６
．１４８及び１．．５０と同様である。これらの制御構
成体は、その特定の実施例において、始動時安定化構成
体及び／又ｔヨ慣性計測段１８４が必要であると考えら
れる作業用連番と対し、これらの構成体が設けられる。

本発明の多数の実施例を以上に説明した力く、種々の変
更や修正が当業者に明らかであろう。例えば、加速度コ
マンドについての慣性の大きさ決めを説明したが、特定
の実施例では、１つ以上の軸に対し、位置エラー信号、
速度コマンド信号又は他のコマンド信号についても同様
の慣性大きさ決めを行なえることを理解されたｌ／）。

更に、慣性の大きさ決めは、特定の実施例においては、
アクチュエータの差圧力ではなくて、力又は慣性に関係
した他のフィードバック信号に応答して行なえることも
理解されたい。又、種々の特定の実施例においては、オ
ンライン制御装置１？０並びに軸制御段１２２．１２４
及び１２６以外の制御装置、アナログ又は他のデジタル
回路を含む、によって色々なコマンド信号が形成される
。慣性計測段１８４については、他の種々の特定実施例
では、オプトカプラ１８７以外の構成体がカフィードバ
ック信号に応答するようにしてコマンド信号の修正が行
なわれる。更に、本発明は、その特定の実施例において
は、適当な慣性相関フィードバックに応答し、関数信号
発生器、方程式、或いは、ルック争アップ・テーブルの
ような適当な慣性大きさ決め関数関係を用いて慣性の大
きさ決めを行なうというようなデジタルサーボループ構
成体を利用して実施される。又、本発明の始動時安定化
は、特定の実施例においては、速度ループの増巾／積分
機能を、軸杵動可能化信号に応答して、感知圧力又は他
の力に相関した信号に基づいてセットされた初期値で開
始させて、速度増ｒｌ　／積分段の開始出力が上記軸杵
動可能化信号の前の感知されたフィードバック信号と同
じになるようにするデジタルサーボループでも達成され
る。本発明の真の精神及び範囲に含まれるこのような全
ての変更及び修正は、特許請求の範囲に網羅されるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マニュピレータの回転軸に対する本発明の制
御システムのプロ・ンク図、概略図及び論理図、 第２図は、マニュピレータの垂直軸に対する本発明の制
御システムのブロック図、概略図及び論理図、 第３図は、マニュピレータの半径方向軸に対する本発明
の制御システムのブロック図、概略図、及び論理図、 第４図ないし第７図は、本発明を説明する上で有用な種
々のパラメータ及びフィードバック信号を表わすグラフ
、そして 第８図（ａ）ないしくｆ）は、本発明の詳細な説明する
ためにマニュピレータの種々°の取り付は方向を示した
図である。 １１０・・・垂直速度トランスジューサ１１２・・・回
転速度トランスジューサ１１４・・・半径方向速度トラ
ンスジューサ１２０・・・オンライン制御装置 １２２．１２４．１２６・１１１１軸制御段１８０．１
９０．２０２・・−加算段 １８４・・・慣性計測段 ２０８・・・圧力フィードハックセンサ２１０・・・ア
クチュエータ ２２０・・・増巾／積分段 ２２２・・拳ダイオードリニアライザ回路２２４・−・
電力増巾回路 ？２６争・・回転軸サーボコイル・バルブ構成体昭和　
年　月　日 １．事件の表示　昭和５９年特許願第５８１０４号３、
補正をする者 事件との関係　出願人 名称　ユニメイション　インコーホレーテッド４、代理
人 ５、補正命令の日付　昭和５９年６月２６日１３−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の軸において可動なアームを有し、プログラ
   ムデータ及びアーム位置データに応答してコマンド信号
   （例えば、１７０．１７２．１７４）を与える制御装置
   （例えば、１２０．１２２）を含んでいるマニュピレー
   タ装置用の制御システムにおいて、 １つ以上の上記軸から導出されて上記アームの慣性質量
   系に相関された大きさ決め信号（例えば、１９５，２０
   １）を与える手段（例えば、１８４、又は２１３のΔＰ
   ）と、 上記コマンド信号及び上記大きさ決め信号に応答して、
   １つ以上の上記コマンド信号を修正する手段（例えば、
   １８４及び１８７）と、上記コマンド信号及び上記修正
   されたコマンド信号に応答して、上記アームを（例えば
   、２１０を介して）上記複数の軸において動かす手段（
   例えば、回転サーボ回路１８０．１９０．２００．２０
   ２．２２０．２２２．２２４．２２６）とを備えたこと
   を特徴とする制御システム。
2. （２）上記アームを動かす手段は、上記修正されたコマ
   ンド信号、修正されないコマンド信号、及びフィードバ
   ック信号に応答して上記軸の各々に対して軸制御信号（
   例えば、２２．、Ｏの出力）を発生するサーボループ制
   御信号発生手段（例えば、１８０．１９０．２００．２
   ０２．２２０．２２２．２２４）を備え、上記軸の１つ
   に対する」−記フイードバック信号の少なくとも１つ（
   例えば、２０６）は、上記アームの慣性質量系に相関さ
   れ、上記軸制御信号の少なく、とも１つは、上記　′慣
   性質量系に相関されたフィードバック信号（例えば、２
   ０６）と上記修正されたコマンド信号及び修正されない
   コマンド信号の１つ以上（例えば、２０４）とを加算す
   ることによって形成され、上記制御システムは、更に、
   サーボ作動可能化信号（例えば、２１９）に応答し、上
   記各軸に対する上記慣性質量系に相関されたフィードバ
   ック信号と大きさが同じで符合が逆のコマンド信号（例
   えば、２１８）を１つ以上の上記軸に対し所定時間中与
   えるように上記サーボループ制御信号発生手段を修正す
   る手段（例えば、２１７）を更に備えた特許請求の範囲
   第（１）項に記載の制御システム。