JPS6085885A - 多関節機構の制御装置 - Google Patents

多関節機構の制御装置

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JPS6085885A
JPS6085885A JP58192352A JP19235283A JPS6085885A JP S6085885 A JPS6085885 A JP S6085885A JP 58192352 A JP58192352 A JP 58192352A JP 19235283 A JP19235283 A JP 19235283A JP S6085885 A JPS6085885 A JP S6085885A
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JP
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joint mechanism
control
arm
arm element
control device
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JP58192352A
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亀島　鉱二
善之 中野
正克 藤江
祐司 細田
太郎 岩本
本間　和男
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Hitachi Ltd
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    • G05B19/4141—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller characterised by a controller or microprocessor per axis
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、相互に関連する複数のアーム要素並びにそれ
らを結合する接ａ部からなる多関節機構を制御するため
の制御装置に関する。
〔発明の背景〕
相互に関連する複数のアーム要素並びにそれらを結合す
る接会部からなる多関節機構としては例えばロボットの
多関節形のアーム機構かめる。このような多関節機構に
おいては、この多関節機構の各アーム要素の移動量をセ
ンサにより検出し、このセンサの出力にもとづいて、各
アーム要素の出力ｆｔ調整する必要かめる。特に多関節
機構においては各アーム要素は相互に関連しているので
、各アーム接木の出力を相互に関連する他アーム要素と
の間の協調関係を保ちつつ調整する必要がある。
このような協調制御全実現するために、従来はこの複数
のアーム要素を総括する単一の計算機を儂えた集中形の
制御装置を採用していた。この集中形の制御装置はセン
サからの信号を単一の計算機に入力し、この入力にもと
づいて単一の計算機が多関節機構を構成する相互に関連
した複数のアーム要素のすべての要求出力を計算し、こ
の計算値を操作信号として各アーム要素に出力し各アー
ム要素を目標値に一致するように制御するものである。
このため、各アーム要素は単一の計算機からの操作信号
にもとづいて動作制御されるので、次のような問題があ
る。すなわち、多数のアーム要素の操作信号を、単一の
計算機で一括して計算する際には、大規模の行列演算が
必要となる。この行列演算を実行するためには多大な時
間を要することになり、制御装置さらには多関節機構全
体の応答性が良好でない。この応答性の低下は多関節機
構の高速性の障害となっている。
し発明の目的〕 本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、相互
に関連する複数のアーム要素並びにこれら全結合する関
節部を備える多関節機構の高速性を高めることができる
制御装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明はアクチュエータによってそれぞれ駆動される複
数個のアーム要素金偏える多関節機構において、前記多
関節機構の目標位置に対する制御偏差の情報を検出する
手段と、前記のいずれか１つのアーム要素のアクチュエ
ータに接続されて、アーム要素の移動によって得られる
前記検出手段からの制御偏差情報とアーム要素の移動情
報にもとづいて演算される制御偏差の予測情報との偏差
金零にするためのアーム豐素移動覚を演算し、これ金ア
クチュエータに出力する制御手段とを備えたものでおる
。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の制御装置の一例全備えた多関節機構を
示すもので、この図において、多関節機構Ａは例えば移
動可能なベースＢＫ装設されている。この多関節機構Ａ
は第１の関節部１によってペースＢに回動可能に設けた
第１のアーム要素２と％第２の関節部３によって第１の
アーム要素２の先端に回動可能に設けた第２のアーム要
素４と、第３の関節部５によって第２のアーム要素４の
先端に回動可能に設けた第３のアーム要素６と、第４の
関節部７に第３のアーム要素６の先端に回動可能に設け
た第４のアーム要素８と、この第４のアーム要素８の先
端に設けた把持部９とで構成されている。この把持部９
によって把持される対象物を符号１０で示す。多関節機
構Ａを構成する各アーム要素２，３，６．８は、各関節
部ｌ、３゜５．７の軸に設けたアクチュエータ１１〜１
４によって駆動される。これらのアクチュエータ１１〜
１４は例えばステップモータによって構成することがで
きる。各関節部１，３，５．７の軸には、この各関節’
＄１．３，５．７に連結する各アーム要素２，３，６．
８の移動量０１〜６４を検出する検出器１５〜１８が設
けられている。これらの各検出器１５〜１８からの検出
信号０１〜θ４は、各アーム要素２，３，６．８の各駆
動制御系を構成する比較手段１９〜２２に負帰還される
。これらの比較手段１９〜２２はそれぞれ各駆動制御系
に設けた計算機２３〜２６からの目標移動量０１′〜０
４′と検出器１５〜１８からの実際の移動量θ１〜θ４
と全それぞれ比較し、それらの偏差ｅ１〜ｅａｋアクチ
ュエータ１１〜１４に出力する。前述した各アーム要素
２，３，６．８の駆動制御系にそれぞれ接続した計算機
２３〜２６は、検出手段２７からの把持部９の対象物１
ｏに対する位置ずれ量（制御偏差量）Ｅに関する信号を
共通に入力して、各アーム要素２，３，６．８の移動量
全予測演算し、制御偏差Ｅを補償する目標移動量０１′
〜０４′ヲ遂に出力する。前述した検出手段２７はテレ
ビカメラ等によって構成することができる。
前述した各アーム要素の駆動制御系に接続した各計算器
２３〜２６の構成の一例を第２図によって説明する。２
７は各アーム要素２，３，６．８の移動量０１〜θ４の
修正量δ０！を演算するアーム修正量演算手段である。
このアーム修正量演算手段２７は検出手段２７からの対
象物１０に対する把持部９の制御偏差量Ｅにもとづいて
実際の各アーみ要素２，３，６，８の移動量θｌ〜θ４
の修正量δＯ１１を演算する。その修正量δθ８は次の
（１）式によシ演算可能である。
λ δθ、＝　−（Ｅ−β）　・・・・・・・・・（１）α 但し　α、β：係数 λ：修正のだめの比例係数で１より 小さい正定数 ２８は遅延回路、２９は加算器で、この加算器２９は前
回の制御偏差量Ｅとアーム修正量δθ８によって得られ
る制御偏差量Ｅ１と全加算してその実変化亀δｅｉ求め
る。３０は予測変化量演算手段で、この予測変化量演算
手段３０は前述した修正量δθ８にもとづいて制御偏差
量Ｅの予測変化１．δｅｘｆｒ演算する。この予測変化
量δｅ８は次の（２）式により演算可能である。
δｅ、＝α・δ０！＋β　・・・・・・・・・　（２）
但しα、β：係数 ３１は加算器で、この加算器３１は実変化量δｅと予測
変化１°δｅ８とにより誤差変位量δＥ（＝δｅ−δｅ
、）をめる。３２は係数修正演算手段で、この係数修正
演算手段３２は誤差変位量δＥにもとづいて前述した予
測変化ｔ？ｊｔ算手段３０の演算式すなわち前述した（
２）式およびアーム修正社演算手段２７の演算式すなわ
ち前述した（１）式における係数α、βを次や（３）式
および（４）式に示す修正係数α′、β′に演算し、こ
の修正係数α′、β′を予測変化量演算手段３０および
アーム修正量を員算手段２７に修正値として出力する。
α′＝α＋γ・δ０．・ａＥ　・・・・・・・・・　（
３）βｌ＝γ・ａＥ　・・・・川・・　（４）但し　γ
：正定数 次に上述した本発明の制御装置の一例により多関節機構
音制御するだめの動作を第３図のフローチャ−トヲ用い
て説明する。
い１．第１図に示すように、例えばアクチュエータ１１
を操作して第１のアーム要素２を角度δθだけ変化させ
た結果、多関節機構Ａの把持部９が把持すべき対象物Ｉ
Ｏに対して制御偏差量Ｅを生じているとする。そして、
前述したように第１のアーム要素２を角度δθだけ変化
させる以前の一把持部９における対象物１０への制御偏
差量をＥｏとする。第１のアーム要素２の角度δθの変
化によって生じる対象物１０に対する把持部９の制御偏
差量Ｅは視覚手段２７によって各計算機２３〜２６に入
力される。この場合、前述したように第１のアーム要素
２のみを操作したので、制御偏差ｔｔＥは計算機２３に
おいてのみ用いられる。
この計算機２３に入力された制御偏差量Ｅは加算器２９
においてｍ１回の制御偏差量Ｅｏと比較され、その変化
量δｅ（＝ＥＥｏ）がめられる。一方、予測変化量演算
手段３０は後述するアーム修正角演算手段２７からの第
１のアーム要素２のアーム修正角δ０！を入力し、前述
した（２）式にもとづいて予測変化量δｅ、を演算する
。また、アーム修正角演算手段２７は制御偏差量Ｅを入
力し前述した（１）式にもとづいて実際のアーム修正角
δθ８を演算する。この実際のアーム修正角δθ８はア
クチュエータ１１に出力される。これにより、第１のア
ーム要素２が移動される。この結果、把持部９は対象物
１０に対して制御偏差Ｅｌ　ｋ生じる。
この制御偏差Ｅ１は視見手段２７によって検出され、計
算機２３の加算器２９に入力される。これにより、加算
器２９ｉ１この制御偏差Ｅ、　と前回の制御偏差Ｅとの
実際の変化量δｅをめる。この実際の変化量δｅは加算
器３１において予測変化量演算手段３０からの予測変化
量δｅ！と比較されて、誤差変化量δＥ（＝δｅ−δｅ
りが演算される。この誤差変化量δＥは係数修正演算手
段３２に入力される。これにより、係数修正演算手段３
２は前述した（３）式および（４）式にもとづいて（１
）式、（２）式における係数α、βの修正係数α′。
β′を演算し、この修正係数α′、β′を予測変化量演
算子［３０およびアーム修正角演算手段２７における係
数α、βと置換するようにこれらの手段３０．２７に出
力する。これにょシ、予測変化量演算手段３０およびア
ーム修正角演算手段２７は把持部９を対象物１ｏに位置
決めするだめの次の制御動作の準備が完了する。
上述の動作は説明の便宜上、１のアーム要素について説
明したが、各アーム要素４，６．８についても同様に制
御することができる。
以上述べたように、本発明の制御装置は各アーム要素の
角度変位にもとづいて把持部９の対象物１０に対する制
御偏差の予測変位量δｅ８をめ、角度変位によって得ら
れる実際の変位量δｅｉ演算し、これらの変位量δｅよ
、δｅにもとづいて誤差変位量全修正するものである。
これにより％各アーム要素２，４，６．８は協調的に制
御される。
換言するならば、各アーム要素２，４，６．８毎に制御
音実行するので、各アーム要素２，４，６゜８を統合し
て制御する上位計算機をもつものにくらべて高速度の制
御が可能である。
第４図は本発明の制御装置の他の実施例を示すもので、
この実施例は各アーム要素２，４，６゜８間の動作に起
因する制御偏差の増減ヲ垣するために、各アーム要素２
，４，６．８間における計算機２３〜２６を通信手段３
３で接続したものである。この場合には他のアーム要素
をδθ８１だけ変化させたときに生じる誤差変位量δＥ
Ｉが第２図に示すアーム修正角演算手段２７に入力され
ることになる。このため、このアーム修正角演算手段２
７における前述した（１）式は次の（４）式に変更する
必要がある。
λ δθ−＝−（Ｅ−β−δＥｔ）　・・・・・・　（４）
α 以上述べた実施例においては、予測演算式（２）の係数
をデータにもとづいて修正すなわち学習してい゛るが、
この係数を予め計算して記憶しておいても艮いことは言
うまでもない。
上述の実施例では多関節機構Ａの把持部９の対象物１０
に対する制御偏差を把持部９の先端位置決め誤差を用い
て制御している。通常の場合では多関節機構Ａの動作領
域を十分に広く確保すること力ｉ」目ヒであるため、本
発明の制御装置の適用が可’１１’Ｂである。しかしな
がら、動作領域が障害物等の存在により十分に得られな
い場合には、前述した本発明の制御装置に、多関節機構
への中間部のアーム要素の障害物への接近に関する情報
を入力することによシ、これに対応することが可能であ
る。この場合には第５図に示すように中間のアーム要素
に障害物Ｂを検出する検出手段３４を設け、この検出手
段３４からの検出信号Ｓを計算機２５に入力することに
より、中間のアーム要素の障害物Ｂへの移動阻止に対す
る移動を修正することが制御偏差量の取扱いと同様に検
出信号を取扱うことにより構成することができるので、
その詳細な説明は省略する。
以上述べた実施例では計算機２３〜２６′ｔ−各アクチ
ュエータ１９〜２２ごとに設けたが、これらの計算機２
３〜２６を１個の計算機に構成してもよい。また、各ア
クチュエータ１９〜２２のすべて計算機を愼絖する必要
はない。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、多関節機構の各ア
クチュエータにその制御のための計算機を接続し、多関
節機構の制御偏差を前記の計算機に入力して各アクチュ
エータをそれぞれ制御するようにしたので、多関節機構
のアーム要素を高速で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の制御装置の一例を備えた多関節機構を
示す図、第２図は第１図に示す本発明の制御装置？：構
成する計算機あ一例の構成を示す図、第３図は第２図に
示す計算機の演算フローチャート図、第４図は本発明の
制御装置の他の例を備えた多関節機構を示す図、第５図
は本発明の制御装置のさらに他の例を備えた多関節機構
を示す図で第１口 享２区 茶３目 薯４図 ２７ ′４ｓ口 ２７’　ｔ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、アクチュエータによってそれぞれ駆動される複数個
    のアーム要素を備える多関節機構において、前記多関節
    機構の目標位置に対する制御偏差の情報を検出する手段
    と、前記のいずれか１つのアーム要素のアクチュエータ
    に接続されて、アーム要素の移動によって得られる前記
    検出手段からの制御偏差情報とアーム要素の移動情報に
    もとづいて演算される制御偏差の予測情報との偏差を零
    にするだめのアーム要素移動量を演算し、これをアクチ
    ュエータに出力する制御手段とを備えたことを特徴とす
    る多関節機構の制＃装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の多関節機構の制御装置
    において、前記検出手段は目標位置に対する制御偏差と
    して、多関節機構の先端位置決め誤差を検出し、これを
    制御手段に出力する視覚手段であることを特徴とする多
    関節機構の制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の多関節機構の制御装置
    において、前記検出手段は目標位置に対する制御偏差と
    して、多関節機構の先端位置決め誤差を検出し、これを
    制御手段に出力する視覚手段と、障害物への接近を検出
    し、これを制御手段に出力するセンサとで構成したこと
    を特徴とする条間１１ｉｉ機構の制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
    載の多関節機構の制御装置において、制御手段はアーム
    要素の移動量とその制御偏差との増減間の制御偏差の予
    測を、過去のアーム要素の移動量とこれに伴なう制御偏
    差の記録にもとづいて決定することを特徴とする多関節
    機構の制御装置。 ５、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
    載の多関節機構において、制御手段はアーム要素の制御
    手段が出力するアーム要素の操作信号全相互に伝達し得
    るように通信装置によって接続されていること１＋徴と
    する多関節機構の制御装置。
JP58192352A 1983-10-17 1983-10-17 多関節機構の制御装置 Pending JPS6085885A (ja)

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